平板式铝塑铝自动泡罩包装机的研制

1、包装与食品机械2001年第19卷第6期平板式铝塑铝自动泡罩包装机的研制马祖达,郑1旭,高再华23(1 温州市工业科学研究院,浙江温州325028;2 温州电视台,浙江3 瑞安市繁华机械有限公司,浙江瑞安325200)温州325000摘要:本文阐述了平板式铝塑铝自动泡罩包装机结构、工作原理、主要工艺流程与工艺要求。应用了CAD技术与优化设计。探索和研究了有关该机的相关技术。关键词:铝塑铝;平板式;自动泡罩包装机中图分类号:TB486 1文献标识码:B文章编号:1005-1295(2001)06-0004-07StudyonTabulateAluminumfoil_plastic_aluminum

2、foilAutomaticBlisterPackagingMachineMAZhu_daetal(WenzhouInstituteofIndustry&ScienceResearch)Abstract:Thispaperintroducestabulatealuminumfoil_plastic_aluminumfoilautomatismblisterpackagingmachine'sworkingprinciple,primarytechnicsflowandtechnicsrequest ThismachineappliedCADtechnologyandoptimiz

3、ede sign ThispaperexploreandresearchcorrelativetechnologyaboutthismachineKeywords:aluminumfoil_plastic_aluminumfoil;tabulate;automatismblisterpackagingmachine1概述档次和售价,给企业带来巨大的经济效益、使用户受益而深受广大用户的欢迎。该产品的投产不仅能为提高我国药品包装的水平、有利于产品出口、为国争光,为国创汇;而且能在一定程度上起到打击、抑制假冒伪劣产品的作用。近几年来,随着我国国民经济的快速发展、人民生活水平的不断提高,国内外市场在对

4、包装机械产品的需求量与日俱增的同时,对包装质量、包装物品保质期(特别是关系到人民生命健康的药品)提出了越来越高的要求,从而进一步促进了包装机械工业的不断改进、提高、发展,使包装机械新产品层出不穷,包装事业欣欣向荣。平板式铝塑铝自动泡罩包装机(后文简称铝包机)是我院根据市场需求和国际药品包装发展新潮流,为延长药品(尤其是贵重药品)的保质期在原铝塑包装机的基础上与企业共同联合开发的具有21世纪特色的新产品(专利正在申报中)。它功能齐全、机电气一体化、自动化程度高,能自动连续完成PVC粒孔成排、铝箔袋成形、加药(或物品)、热封装、冲裁成板、计数、废料回收等多种复杂工艺过程,生产出外形美观的铝塑铝药片

5、板。该板不但能有效地提高包装盒内药品的避光、密封之效果,从而成功地达到延长药品存放时间之目的,而且能起到美化、提升商品形象、提高产品2铝包机的主要工艺过程铝包机生产出的最终产品 铝塑铝药片板的结构如图1所示。它由三层材料复合而成,第一层上层铝箔袋1;第二层中间PVC粒排2,药品装在粒排的凹槽内;第三层底层铝箔4。这样的结构包装形式,不但具有外形美观、体积小、用料省、便于运输之特点;而且可保证每颗药品相互隔离,方便人们按医嘱计量服用,并使板内药品始终处于金属箔的包围之中,避光、密封效果良好,见图1。生产铝塑铝药片板全过程需依次经过PVC粒排成形模;片热封模;铝箔袋成形模;袋热封模;冲裁成形模五副

6、模具,按顺序同位配合对齐、才能完成,其主要工艺过程如图2。 收稿日期:2001-10-30作者简介:马祖达(1946-),男,浙江宁波市人,工作于温州市工业科学研究院机电研究室、CAD应用中心,高级工程师。4平板式铝塑铝自动泡罩包装机的研制 马祖达,郑旭,高再华图2铝包机主要工艺方框图其平整面与平铝箔(底层)封合;b 成袋状的铝箔(上层),其凹陷部盖在完成图1铝塑铝药片板结构示意图2 PVC粒排(中间层)4 铝箔(底层)上一步工艺封合后的PVC粒排凸出面上封合;c 铝塑铝三层复合后的成品,冲裁成板。1 铝箔袋(上层)3 包装物品3主要工艺要求从图中可见其工艺程序主要分为三步:a 成粒排状的PV

7、C薄膜(中间层)经加药后,(1)装入铝包机内后的铝箔,PVC薄膜均应经展平、涨紧。(2)从左到右按工艺顺序排列(图3)的五副1 转折辊2 PVC架3 加热器图3铝包机主要结构图4 片成形器5 调距器6 加料器7 机架8 操纵箱15 送料器9 压平器10 片热封器11 上铝架12 移动架13 袋成形器16 出料器17 回收器18 传动机构19 下铝架14 袋热封器5包装与食品机械2001年第19卷第6期模具中心线应在同一条直线上。(3)从左到右按工艺顺序排列的五副模具,相邻之间的二副模具之距离应为移动节距的正整数倍,并能随药片板规格的改变而调整。(图2调距处)(4)调距结束后,全部紧固件锁紧。(

8、5)五副模具、其中二副机械开闭;三副气动控制,动作应一致、合拍;(6)片成形,袋成形的吹气时间应保证在模具合拢之后。(与冷却相差180 )(7)对从片热封、袋热封封合后出来的药片板的冷却时间应控制在模具开模之后;(与吹气相差180 )(8)PVC的加热温度应控制在热机曲线图4的高弹区内,即130145 。板。从片成形器4成形后出来的成形塑料薄膜与片热封器10模具的同步合拍通过调距器5调整。与上述动作过程同步进行的下铝架19上铝箔经转折辊至加热器,待达到铝箔最低预热温度时进入袋成形器13吹吸气成型。成型后的铝箔与上面包装好药品并复合后的铝塑药片板在袋热封器14内加热,使铝箔与塑料薄膜另一塑面封合

9、,袋热封器14与片热封器10的同步合拍性由调距器调整,与袋成形器13的同步合拍性由移动架12调整。出料器16与袋成形器13的同步合拍性靠移动出料器16来实现。送料器15拉动复合成袋的铝塑铝药片板在片成形器、袋成形器、片热封器、袋热封器、出料器开启状态时拖动一个标准节距,达到连续输送、连续生产之目的。回收器17把出料器16冲裁后多余的边料围绕成筒,便于回收处理。铝包机在生产过程中铝塑的成型主要利用PVC塑料加热后会产生热变形和铝箔加热后的可塑性,通过吹气利用凹模形状成型技术来得到各种药品包装所需型状。5图4a 金属b PVCTt 粘流温度Tm 溶点热机曲线Tg 玻璃化温度Td分解温度Tx 脆化温

10、度铝包机主要性能特点铝包机是机电气一体化并经优化设计的高科技产品,因而它具有以下几个明显的特点:(1)整机布局、功能配置合理,外形美观,便于操作;(2)整机采用组装结构(包括机架、底座),使整机能彻底分解到部件,便于搬运、移动、安装,以适应制药厂净化车间有限空间的条件;(3)本机设有气动提升装置,便于对该设备模具的维修、保养、更换或清洗;(4)运行工况和工艺参数(温度、压力)数字显示,不但直观并便于设定、调整。(5)采用气动技术、简化结构、降低生产使用成本,有利于保护环境。(9)机电气所控制的五副模具的开闭,送料器的停止与移动动作应合拍、一致。4铝包机结构和主要工作原理铝包机主要有转折辊、PV

11、C架、加热器、片成形器、调距器、加料器、机架、操纵箱、压平器、片热封器、上铝架、移动架、袋成形器、袋热封器、送料器、出料器(冲裁成板)、回收器、传动机构、下铝架等部件组成(图3)。其主要工作原理如下:PVC架2上的塑料薄膜通过转折辊1拉紧拉平进入加热器3,待达到其热变形温度时到片成形器4通过吹气成药物包装所需粒排形状,后经调距器5、加料器6、由加料器在成形的塑料薄膜内加满药品,经压平器9与上铝架上下来的铝箔在片热封器10加温粘合成目前在市场上销售的铝塑药片66CAD技术的应用和优化设计设计是产品开发过程中极为重要的一个环节,是影响产品经济性和技术指标的关键。据有关调查资料显示,产品的成本中约有

12、75%是在设平板式铝塑铝自动泡罩包装机的研制 马祖达,郑旭,高再华计过程中决定的,而设计本身所花的费用仅占产品总成本的5%左右。所以采用先进的设计手段和方法提高产品设计质量具有良好的产出比(回报),是进一步提高经济效益的关键。铝包机是在原铝塑包装机的基础上发展起来的,不仅系统复杂,计算工作量大;而且部件多、分部件多、零部件更多(600多个)。如采用传统的设计方法进行设计,用手工来做,要完成从概念设计 技术设计 绘图及技术文档的生成,不但设计工作量大、周期长(估计需400个工作日);而且在大量的交叉重复劳动中,极易造成差错,给加工带来麻烦、影响产品质量、提高产品成本。最主要的是还会在当前激烈的市

13、场竞争中失去时间和主动权,造成不可弥补的损失。这次我院投资100多万元,建立了CAD应用中心。三维软件采用美国SDRC公司研制的新一代机械CAD/CAM软件I-DEAS,二维软件选用有自主知识产权、国家!863计划重点项目之一的开目CAD,使设计进度加快(100个工作日)、质量提高,获得了很好的结果。主要体现在以下几个方面:a 总体设计方案的会审是产品设计中的重要一环。它能起到博采众长、集思广益的良好作用,把问题消灭在萌芽状态,提高产品设计质量。以往我们设计绘制五套设计方案,大约需60个工作日。这次我们仅用了10个工作日就完成了任务。显著地提高了工作效率。b 以前由于受计算能力的限制,我们只能

14、用一些由传统数学、逐次逼近方法得来的经验公式进行设计计算工作。因而,所设计的产品存在材料消耗过多,结构布置不合理等弊病。这次我们用I-DEAS强大的有限元分析功能、对新产品的主要受力构件进行优化设计,不仅节约用材约15%;而且使整机更协调、更美观。c 提高产品设计质量,促使图样规范化、图面质量更清晰。减少许多重复劳动,缩短产品研制开发周期。在设计工作中,绘图大约占30偏心轮50%,其中有些是重复劳动。如一个部件中用到的零件,被多个部件借用。以前需重复绘制,现在只需点一下鼠标拷贝即可完成。图面越复杂越显示其优越性。技术人员可以把更多的时间用在提高产品设计质量上,充分发挥自己的联想和创造力。与以往

15、相比约提前了3/4。d 我们在进行产品设计中查阅相关资料(如:尺寸公差、形位公差)的次数相当频繁,占用了大量时间。绘制电机、各种紧固件、滚动轴承等又需我们进行大量的单调的重复劳动。计算机大容量的信息存贮能力。高速信息交换功能,能记忆大量的设计资料和数据,而且数据的存取和检索快能为我们提供便捷的服务并有利于实现产品的标准化、系列化、通用化。完备的、全面开放的工程图形数据库及参数化功能更使我们大大提高工作速度和效率。e 加强现代化管理。在新产品的开发中,计算机能对所有的技术文件(原始数据、设计数据、试验数据、图样、工艺、各种文件资料)的产生、修改、管理、存贮及随时检索,进行标准化、信息化管理,其方

16、便的接口很容易做到各部门资源共享,可大大提高各项工程管理的效率,提高经营决策的质量与速度,从而更好地适应参与国内外市场竞争的需要。总之,应用CAD技术不但能使我们技术人员从繁忙的重复劳动中解放出来,提高工作速度、工作质量和效率,真正实现优化设计;而且能实现过去无法做到的最广泛的交流和资源共享,为提高产品设计的整体水平、缩短新产品设计开发周期、积极参与世界交流与竞争创造良好条件。77 1探索与研究机电气动作的一致性为了使整机布局紧凑、各部件能协调一致、可靠工作。铝包机的设计应用了机电气一体化技术,使机电气做到既各负其责、又互相配合,按工袋热封器出料器电动机 三角皮带 蜗轮蜗杆配气器中间齿轮多工位

17、顺序器伞齿轮齿轮过渡齿轮行程调节器7包装与食品机械表1各部相互关系及供气位置2001年第19卷第6期艺要求来完成周期性顺环动作。机械:用来完成变速、为整机各部提供按时、周而复始顺环工作创造条件,承担完成袋热封器和出料器模具工作所需工艺过程、送料器的按节距往复运动。其传递过程如上图。电气:电气作为控制,除为整机提供电源外,主要完成为每个部件按工艺需要控制供气,提供各种工作运周期工作部件工序名称内位置片加热片成形片吹气片热封上片热片冷却送料拉送料停落料度袋加热袋成形袋吹气袋热封封下袋冷却0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330注:(1)(2)(5)(8)

18、(3)(9)(4)(7)(6)行状态显示,控制成型和热封温度,计数。铝包机生产过程工序工步较多,为了使其协调、可靠工作,我们专门为该机设计了多工位顺序控制器。多工位顺序控制器主要由安装架、调速器、多组凸轮组片、光电开关等组成。其工作原理是:多组可调凸轮组片按工艺需要周期运转,每个可调凸轮组片上都配有光电开关。通过光电开关控制气动电磁阀的开闭、换气。可调凸轮片调节供气时间的长短,光电开关与凸轮片的位置调节周期内供气时间点的位置。用以实现控制各部件协调动作、各部相互关系及供气位置如表1所示。气动:从上表1和图3可见铝包机工艺过程复杂,各部件安装之间的距离较长,如采用机械传动方式,会造成机构复杂化,

19、给安装、调整、维修带来困难,应用(1)批量生产时,手动操作一次,气缸充气,加热器合拢。(2)由多工位顺序控制器控制。(3)由配气器控制,与冷却交替进行。(4)需要时手拉控制阀,实现开闭,用于清洗模具。(5)由多工位顺序控制器控制,闭合时间按热封质量调整。(6)由配气器控制,与吹气交替进行。(7)由多工位顺序控制器控制,配气不允许与送料停时间重叠。(8)由多工位顺序控制器控制,配气不允许与送料拉时间重叠。(9)机械控制。图51 电动机2 气泵3 电接点压力表4 单向阀9 压力控制阀15 片加热缸21 送料器缸(固)10 油雾器16 袋加热缸11 二位四通电磁阀17 二位四通后拉阀23 配气器气动

20、原理图5 储气罐12 片成形缸6 压力表7 可调节流阀8 分水滤气器13 袋成形缸14 二位四通手动阀20 送料器缸(动)18 片热封缸(上)19 袋热封缸22 片热封缸(下)8平板式铝塑铝自动泡罩包装机的研制 马祖达,郑旭,高再华气动,能扬长避短。其工作原理如图5所示。7 2PVC吹塑成型加热方案的确定PVC薄膜与金属材料相比,它的力学性能强本;b 不仅能使片成形器结构简单,改善模具工作环境,延长模具使用寿命;而且便于对模具的安装、调整。c 有利于脱模、成型、冷却。7 3吹吸气成型(塑、铝)的空气压力差计算吹塑与注塑不同。注塑,由于熔体流动当中存在分子链取向效应,制品具有各向异性性质。在拉伸

21、和收缩方向的弹性模量是不同的。它的力学性质(一个方向),由拉伸模量及泊桑比;模向模量及泊桑比;以及绕取方向扭转的剪切模量五个量确定。不能应用理想弹性体各向同性的性质来进行计算。吹塑过程只要温度、时间控制得好,不会形成流动熔体,也不会产生分子取向效应。因而它具有各向同性的性质,它的变形与应力关系和金属铝箔一样可应用理想弹性体的计算公式 虎克定律。我们经试验、运算得出吹气成型(铝、塑)的空气压力差计算的经验公式如下:力地依赖于温度和力的作用时间,所以加热方法与加热时间的控制十分重要。PVC薄膜的物理性能是:8085 (软化点)开始软化;140 左右(图4高弹区)时呈皮革状、可塑料性强;180 (熔

22、点)开始流动。在80 至180 之间长期受热极容易分解。它的杨氏模量随温度变化而变化,在低温高频条件下,杨氏模量为6300MPa左右;而在高温低频条件下,杨氏模量只有63MPa、并出现高弹态,两者相差近100倍。吹塑成型就是利用PVC薄膜的这一特性,避免加热时间过长,引起分解影响质量,做到用最小的吹气压力差,达到成型、定型之目的,同时使设备做到成本低,控制方便、稳定,使用寿命长。在具体的设计中,我们把加温与吹塑成型的两个过程分开,这样做的好处有:a 加热器不用经常开闭,不但使温度保持稳定、缩短时间,而且简化程序、有利于降低制造成图6袋成型模具9包装与食品机械2001年第19卷第6期Q=K#L#t#E# /A+P1式中Q 吹气压差力差,MPa;K 系数;L 制件吹吸气成型平面周长,mm;t 材料厚度,mm; 伸长率;E 弹性模量(金属)或杨氏模量(塑料),MPa;A 制品吹吸气成型平面面积,m