La fabrication d’emballages durables pour les services alimentaires dépend d’une ingénierie mécanique solide. Le projet transforme les stocks de papier aplati en produits pratiques en trois dimensions. L'outil principal pour ce travail est unMachine de formage de plaques de papier hydraulique.Le système utilise l'hydrodynamique, le contrôle thermique et les commandes automatiques. Les pièces fonctionnent ensemble, la production reste donc la même. Il est important de comprendre chaque partie et ce qu'elle fait. Les opérateurs, les réparateurs et les acheteurs ont besoin de ces connaissances. Ils l'utilisent pour vérifier les performances de la machine ou résoudre des problèmes. La technologie ne semble pas aussi axée sur les chiffres de production que sur les supports de vente. Au lieu de cela, il étudie l’intérieur de ces machines. Cette étude adopte les règles d’ingénierie standard et les normes de l’industrie. Chaque partie a un rôle défini. Ces rôles garantissent que la pression, la chaleur et le timing correspondent bien. Cette combinaison produit de nombreuses assiettes en papier de qualité.
L'unité de puissance hydraulique : cœur du système et génération de pression
L’unité de puissance hydraulique (HPU) est la principale source d’énergie de toute machine hydraulique de formage de plaques à papier. L'appareil dispose d'un moteur électrique, d'une pompe hydraulique, d'un accumulateur d'énergie, d'un filtre et de soupapes de surpression. Basé sur des livres de base sur l'hydrodynamique, la tâche principale du HPU est de convertir l'électricité en énergie hydroélectrique. Cette énergie reste dans le fluide sous pression [1]. La pompe déplace l'huile du réservoir vers le circuit du système. Ce flux crée une pression lorsqu’il rencontre une résistance du cylindre de formage.
Les nouveaux HPU utilisent des pompes à cylindrée variable plutôt que des pompes fixes. Les pompes variables en fonction du -système en temps réel doivent modifier le débit. Cela réduit le gaspillage d'énergie lorsque la machine est inactive ou à basse pression. Des études sur la consommation d'énergie ont montré que les systèmes de conversion de fréquence peuvent réduire la consommation d'électricité de 20 à 30 %. Ceci se compare à l'ancien système à débit constant en pressage circulaire [2]. Les filtres des HPU maintiennent les fluides propres aux niveaux ISO 4406. Cela empêchera le noyau de se coincer et l'usure du joint. Sinon, la pression sera inégale et les pièces se casseront prématurément. Sans sélectionner ou entretenir le HPU, aucune autre partie du système ne fonctionnera.
Vannes de commande directionnelles et réglage du débit
Une fois que le fluide sous pression quitte le HPU, les valves de commande directionnelles déterminent la direction et le timing du débit. Ces pièces électromécaniques agissent comme le système nerveux d’une machine hydraulique de formage de plaques à papier. Ils reçoivent leur signal du contrôleur logique programmable (PLC). Ils déplacent ensuite le noyau pour envoyer l'huile vers l'orifice d'extension ou de récupération du cylindre principal. Les vannes proportionnelles font désormais partie de la technologie standard. Ils fournissent un débit réglable, pas seulement des interrupteurs.
L'étude des systèmes de commande électrohydraulique montre que la valve proportionnelle peut rendre le changement de vitesse stable. Cela élimine l'impact mécanique des commutateurs de vannes discrets [3]. Ce mouvement fluide est très important pour le formage des assiettes en carton. Si le mouvement de tamponnage est trop rapide ou soudain, le papier se déplacera, les bords seront inégaux ou le revêtement sera endommagé. Les vannes de régulation de débit, qui forment généralement un bloc collecteur avec une vanne de collecteur, peuvent contrôler elles-mêmes les vitesses d'allongement et de rétraction. Cela fonctionne même si la charge change. Ainsi, même si l’épaisseur ou l’humidité du papier varie d’un lot à l’autre, le parcours de moulage reste le même. Cela affecte directement l’uniformité du produit et la répétabilité de la circulation.
Les principaux kits de cylindres de formage et de moules
Le cylindre de formage est une pièce qui convertit la pression hydraulique en force mécanique. Cette force façonne le papier en assiettes. Dans une machine hydraulique typique de formage de assiettes en papier, il s'agit d'un cylindre à double -action. Ses dimensions de forage sont définies pour produire un tonnage suffisant à la pression de service maximale du système. Les mathématiques techniques du moulage de pâte à papier montrent qu'une bonne pression de formage doit surmonter deux problèmes. L’un d’entre eux est le rebond élastique des fibres compressées. Un autre problème est la viscosité des revêtements thermoplastiques lorsqu'ils sont chauffés [4].
L’ensemble matrice est situé à l’extrémité de la tige du vérin. Il correspondait aux moules supérieurs et inférieurs. Ils sont généralement en aluminium ou en acier et comportent des canaux de chauffage à l’intérieur. La conception de la matrice définit la taille de la plaque, le style de jante, l'empilement des plaques en un seul. L'usinage de précision des broches d'alignement et des bagues de guidage conserve le demi-noyau de la matrice. Cela évite une épaisseur de paroi inégale et un amincissement des panneaux. Le flux thermique du matériau de la matrice affecte directement le temps de cycle. Les moules en aluminium chauffent plus rapidement que les moules en acier. Mais l’aluminium s’use plus vite. Par conséquent, les ingénieurs doivent choisir entre les exigences de sortie et les types de papier. La jonction du cylindre et de la matrice est la confluence de tous les travaux hydrauliques et de contrôle en amont. C'est là que le vrai produit est fabriqué.
Systèmes de chauffage et composants de gestion thermique
Le moulage d'assiettes en papier est un procédé de thermoformage. Il faut donc un contrôle précis de la température. Les éléments chauffants sont situés dans la cavité de la matrice. Ils activent le matériau de revêtement et établissent la structure des fibres grâce à un chauffage contrôlé. Les types les plus courants sont les éléments chauffants capacitifs ou tubulaires. Leurs dimensions sont déterminées en fonction de la densité de puissance. Ces exigences proviennent de la qualité du moule et de la température cible.
Les contrôleurs de température utilisent des algorithmes PID. Les contrôleurs ont modifié la puissance du radiateur. Ils maintiennent le point de consigne dans une plage de + -2 degrés. Des études sur le traitement thermique des matériaux cellulosiques montrent que la température de la surface de la filière est plus importante que la température réelle. Dans certaines zones, des points chauds traversent le revêtement. Les points froids dans d’autres zones peuvent entraîner une mauvaise étanchéité et une mauvaise séparation entre les couches [5]. Les thermocouples sont situés dans différentes régions. Ils envoient des commentaires au contrôleur. Cela permet à chaque zone du moule de s'ajuster. Les circuits de refroidissement, parfois installés dans les mêmes modules, évacuent rapidement la chaleur après formage. Cela stabilise la forme de la plaque avant son éjection. Le système de gestion thermique fonctionne en tandem avec le système hydraulique. Sa performance est définie pour cycler comme
le plus vite possible. Quelle que soit la qualité du système hydraulique.
Système de contrôle électrique et verrouillages de sécurité
L'automate programmable (PLC) et les interfaces homme-machine (IHM) sont le cerveau des machines à papier hydrauliques. L'automate fonctionne selon une logique étape par étape-par-. Cette logique contrôle les actions des vannes, les changements de réchauffeur, les vérifications des capteurs et la détection des défauts. Les contrôleurs modernes stockent de nombreux paramètres du produit. En conséquence, les opérateurs peuvent rappeler les meilleurs paramètres en fonction de différentes tailles et matériaux de plaques. Ils n’ont pas besoin de tout réinitialiser manuellement.
Les composants de sécurité sont un élément indispensable du système de contrôle. Les barrières immatérielles, les boutons à deux mains, les circuits d'arrêt d'urgence et les verrous mécaniques pour les protections respectent les règles de sécurité ISO 13849. Ces règles protègent les personnes des dangers de la compression et de la chaleur [6]. Les relais de niveau de sécurité vérifient les interrupteurs de position de protection. Si les barrières de protection s'ouvraient lors d'un mouvement dangereux, elles arrêteraient la pompe hydraulique. Les capteurs de pression et les codeurs de position envoient des commentaires au PLC. Cela permet un contrôle adaptatif. Le système peut être ajusté en fonction de l'usure, des changements d'épaisseur du fluide ou des différences de matériaux. Cette combinaison de sécurité et de contrôle des processus permet à la machine de fonctionner dans des limites définies. Il protège également les travailleurs de la pression intense et de la chaleur du formage hydraulique.
Conclusion
Une machine hydraulique de formage de plaques à papier, un système complet. Les performances de chaque pièce affectent directement les performances globales. L’hydraulique fournit la puissance nécessaire. Les valves directionnelles et proportionnelles contrôlent un mouvement précis. Le tambour de formage et l'ensemble matrice sont physiquement formés. Les systèmes thermiques gèrent la réponse du matériau à la chaleur. Le système de commande électrique gère toutes les fonctions pour assurer la sécurité de l'opérateur. Comprendre ces éléments et comment ils dépendent les uns des autres peut aider les gens à faire les bons choix. Ces options comprennent la sélection des équipements, les priorités de maintenance et l’amélioration des processus. À mesure que l'industrie évolue vers une production plus durable et plus efficace, une meilleure conception de ces composants essentiels déterminera quels fabricants seront en mesure de répondre aux nouvelles demandes du marché avec une production stable et de haute qualité. Les connaissances techniques dans ces domaines restent la base de la force concurrentielle de la fabrication d’emballages jetables.
Références
[1] Manring, N. et Johnson, R. (2021).Systèmes de contrôle hydrauliques : théorie et pratique. Presse académique Wiley. Matériel pédagogique complet couvrant la conception des groupes hydrauliques, la sélection des pompes et les principes de base de la structure des circuits pour les applications de presses industrielles.
[2] Ivantysynova, M. et Weber, J. (2022). "Améliorer l'efficacité du système hydraulique grâce à la technologie à cylindrée variable."Journal international de l'énergie fluide, 23(1), 45-62. Dans cet article, l'économie d'énergie des systèmes de pompes adaptatives est étudiée quantitativement.
[3] Jelali, M. et Saha, B. (2023).Technologie de servomoteur électrohydraulique et de valve proportionnelle. Publications d'ingénierie Springer. Matériaux de référence académiques pour la dynamique des vannes proportionnelles, les caractéristiques de réponse et les capacités de profilage de mouvement pour les applications de formage de précision.
[4] TAPPI (2022). "Exigences mécaniques et thermiques pour les emballages en fibres thermoformées."Documents techniques du journal TAPPI, 21(9), 78-89. Publication de l'association technique documentant les paramètres de pression et de température nécessaires à une compression efficace des fibres de cellulose et à l'activation du revêtement.
[5] Didone, M. et Dumon, J. (2021). Uniformité du transfert de chaleur dans le moulage de pâte à papier : stratégies de mesure et d'optimisation.Génie thermique appliqué, 117452. L'influence du gradient thermique sur la qualité du produit et le temps de cycle pendant le processus de moulage a été étudiée.
[6] Organisation internationale de normalisation (2023).ISO 13849-1 : 2023 Composants mécaniques liés à la sécurité et à la sécurité des systèmes de contrôle. Norme technique ISO. Normes de sécurité internationales qui définissent les exigences de niveau de performance pour la fiabilité des dispositifs de protection et des systèmes de contrôle des équipements de presse hydraulique.