Alto índice de sucata em hot stamping de maços de cigarro; melhorar este dispositivo pode efetivamente reduzi-lo!
Atualmente, na empresa onde trabalho, durante o processo de hot stamping 3D de produtos de maços de cigarros, muitas vezes a máquina precisa ser parada devido à pressão estar muito alta ou muito baixa. A base de estampagem deve ser puxada repetidamente para ajustar a pressão. Além disso, ao buscar a posição onde a pressão necessita de ajuste e o método de ajuste específico, é consumido um certo tempo, o que gera sucata de estampagem a quente. Além disso, como os operadores não conseguem localizar diretamente as áreas de compensação de pressão, precisam procurar e parar repetidamente a máquina para ajuste. Durante esse processo, a temperatura de estampagem muda, resultando em sucata de estampagem a quente, conforme mostrado na Figura 1. Os fatores acima afetam diretamente a eficiência da produção e o rendimento do produto acabado na produção de maços de cigarros.
Figura 1 Resíduos de estampagem de folhas
Problemas com métodos existentes
O método atual de compensação de pressão de estampagem tridimensional envolve principalmente fixar diretamente o papel de compensação de pressão na parte traseira do molde de resina ① na Figura 2 e, em seguida, usar cola para fixá-lo à placa de base de estampagem ②, conseguindo assim o ajuste de pressão (prensagem) durante o processo de estampagem. Se a pressão durante o processo de estampagem da folha não atender aos requisitos do processo, todo o molde de resina precisará ser levantado. Então, de acordo com uma comparação do efeito de estampagem da folha do produto com a área de pressão que precisa de ajuste, a posição correspondente é encontrada. Em seguida, o papel-de compensação de pressão é fixado na parte traseira do molde de resina ①-2 e colado na placa de base de estampagem ② para obter a compensação de pressão.
Figura 2 Diagrama esquemático do dispositivo de pressão de compensação de estampagem tridimensional original
Durante este processo, a posição do molde de base de resina e da matriz de estampagem pode mudar, sendo necessário verificar e ajustar repetidamente a posição, resultando em um longo tempo de ajuste e maior probabilidade de defeitos de estampagem devido ao posicionamento impreciso. Ao mesmo tempo, devido a ajustes repetidos, o papel da camada inferior também pode ficar deformado e danificado, o que afeta o efeito geral de estampagem. A vista lateral do dispositivo de pressão de compensação de estampagem tridimensional original é mostrada na Figura 3.
Figura 3 Vista lateral do dispositivo de compensação de pressão de estampagem a quente tridimensional original
Além disso, devido às diferenças nas habilidades técnicas dos operadores, o tempo e a eficácia da compensação de pressão de estampagem a quente tridimensional podem variar.
Análise e Verificação de Viabilidade
Durante a utilização do dispositivo de posicionamento original, tomando como exemplo a caixinha do maço de cigarros "Sete Lobos (Azul), há um total de 36 dispositivos de posicionamento de estampagem para um produto de 18-peças. O ajuste da pressão geralmente leva de 7 a 9 horas ou mais. Cada ajuste pode causar desalinhamento entre o molde inferior de resina e a placa de base de estampagem, exigindo reposicionamento e ajuste, o que consome-tempo. Enquanto isso, durante o processo de estampagem, a pressão de estampagem afeta diretamente a qualidade da estampagem. Se a pressão for muito alta ou muito baixa, serão produzidos carimbos defeituosos, como corrosão de carimbo, carimbo incompleto ou mosca de ouro-descolada. Portanto, é necessária a parada da máquina para identificar áreas que necessitam de ajuste de pressão e fazer os ajustes correspondentes. A área a ser estampada geralmente representa uma pequena proporção da superfície total do produto, o que significa que a área de ajuste é pequena e muda frequentemente, exigindo muita paciência para ajustes repetidos de pressão. Paradas repetidas da máquina de estampagem a quente afetam diretamente a temperatura do equipamento e, se a temperatura for muito alta ou muito baixa, ocorrerá uma estampagem defeituosa. Portanto, os materiais do dispositivo escolhidos devem ser resistentes ao calor, estáveis e não facilmente deformados ou danificados durante repetidos ajustes e movimentos flexíveis.
Ao analisar os-problemas mencionados acima, a equipe do projeto otimizou e atualizou os materiais de resina originais e o desempenho do produto. Está prevista a utilização de um dispositivo de posicionamento de material resinoso que permite ajuste rápido de pressão, que utiliza uma estrutura compósita para fixar parte do material da estrutura de posicionamento, enquanto transforma a área do núcleo em um mecanismo móvel ou flexível. A estrutura geral é baseada em uma parte fixa como base, com uma parte móvel embutida nela. Isso permite a compensação tridimensional da pressão de estampagem a quente durante o processo de ajuste de pressão, encurtando efetivamente o tempo de ajuste de pressão e reduzindo o desperdício de ajuste da máquina.
Além disso, para resolver o problema de identificar repetidamente áreas para ajustes de compensação de pressão, o dispositivo precisa incorporar linhas padrão básicas do desenho de estampagem. Com base nessas considerações, na seleção geral do material, além do molde de fundo de resina fixa, a equipe do projeto também utiliza papelão frequentemente usado para embalagens de cigarros como parte fixa de base (o design geral é principalmente trapezoidal para garantir a conexão entre estruturas fixas e embutidas), prepara uma certa quantidade de papel vegetal translúcido (com o conteúdo a ser estampado impresso em sua superfície), bem como uma camada tampão de folha de cobre. Finalmente, isso forma um dispositivo incorporado capaz de compensar rapidamente a pressão tri-dimensional do processo de estampagem a quente. O diagrama de detalhamento de materiais e as perspectivas reais da aplicação são mostrados nas Figuras 4 e 5.
图4 嵌入式快速补偿立体烫印工艺压力装置的材料分解图
Figura 5 Visão em perspectiva da aplicação real do dispositivo de pressão de processo de estampagem a quente tridimensional de compensação rápida integrado
Nas Figuras 4 e 5, o material ①, a camada base do molde de resina, tem um tamanho geral da moldura consistente com o papelão ④ ou o papel base a ser estampado. Sua principal função é garantir que a primeira camada se ligue e se alinhe totalmente com a camada base, protegendo os dispositivos incorporados e as propriedades dos materiais de ② e ③.
O material ②, a camada de papel vegetal, é absorvente e pode absorver a umidade gerada pelo calor durante o processo de estampagem, garantindo que não se deforme ou seja danificado. Ao mesmo tempo, a camada de material de papel vegetal precisa ser impressa ou desenhada de acordo com o padrão do molde de resina. Dependendo do efeito de apresentação da área de estampagem do produto, ele pode localizar diretamente as áreas onde é necessário ajuste de pressão, reduzindo o tempo de busca e ajuste, diminuindo as taxas de refugo e melhorando a eficiência da produção.
O material ③, a folha de cobre, possui certa tenacidade e pode atuar como amortecedor durante o processo de estampagem. Protege o molde de resina contra rachaduras e facilita a remoção e inserção da camada de papel vegetal.
O material ④, o papelão ou papel base a ser estampado, é desenhado com recortes. As áreas recortadas correspondem às áreas de aparência dos materiais ② e ③, formando um desenho de fenda embutido completo com ④, mantendo a posição fixa sem se deslocar ou deformar. A adaptabilidade geral do material ④ atende melhor aos requisitos do processo de estampagem. Após a primeira-fixação com base no registro com a placa de estampagem, esta camada de material não é mais movida ou operada durante os ajustes de pressão subsequentes e pode ser fixada diretamente na placa de base de estampagem.
Eficácia real do esquema melhorado
O dispositivo de posicionamento aprimorado resolve primeiro o problema causado pelo método convencional de compensação de pressão, onde o levantamento geral do molde de resina leva a ajustes repetidos e desalinhamento com a placa de estampagem, reduzindo o desperdício devido à estampagem desalinhada. Em segundo lugar, a estrutura incorporada, ao mesmo tempo que garante a estabilidade geral do alinhamento, permite que a folha de cobre e o papel vegetal sejam retirados para a compensação de pressão correspondente, reduzindo o tempo necessário para ajustar o alinhamento e localizar áreas que necessitam de ajuste de pressão. Além disso, o design geral incorporado, baseado na seleção do material, pode minimizar a necessidade de remanufaturar o dispositivo de posicionamento devido à absorção de água, melhorando a utilização do dispositivo.
O diagrama de desmontagem do dispositivo de pressão de estampagem a quente tri-dimensional de compensação rápida incorporado é mostrado na Figura 6, com funções específicas como segue: usando uma abordagem incorporada e a estrutura incorporada de diferentes camadas de material para extração flexível- (parte removível- expandida na Figura 7), a estrutura composta de papel vegetal (com texto e imagens carimbados) e folha de cobre pode ser puxada diretamente de acordo com as necessidades de ajuste para ajustes correspondentes, alcançando facilidade de operação e uso repetível. O diagrama de síntese do dispositivo de pressão de estampagem a quente tridimensional de compensação rápida integrado é mostrado na Figura 8.
Figura 6 Vista explodida do dispositivo de pressão para processo de estampagem a quente estereoscópica de compensação rápida incorporada
Figura 7 Visualização expandida da seção-extraível
Figura 8 Diagrama esquemático do dispositivo de pressão do processo de estampagem a quente estéreo de compensação rápida incorporado
No processo de produção real, a camada de material do filme à base de resina e a porção de papelão constituem uma área trapezoidal fixa. Ao puxar a estrutura composta do papel de ácido sulfúrico e da folha de cobre, a compensação de pressão no papel de ácido sulfúrico pode ser ajustada de acordo com a qualidade da área de estampagem do produto. As características do material, como a absorção de água do papel de ácido sulfúrico e a tenacidade da folha de cobre, não são facilmente deformadas ou danificadas durante a tração repetida, protegendo o molde à base de resina contra rachaduras e, ao mesmo tempo, maximizando a estabilidade do efeito geral do dispositivo de estampagem. Além disso, a área trapezoidal fixa garante a precisão posicional de todo o dispositivo, evitando desalinhamentos.
Após um período de operação estável, o novo dispositivo de posicionamento (conforme mostrado na Figura 9) foi aplicado no processo de produção das caixinhas de maços de cigarros "Sete Lobos (Azul)" da empresa. O dispositivo de posicionamento demonstra efeito significativo, com tempo de ajuste de pressão estabilizado em 2 a 3 horas, representando uma redução de aproximadamente 71,43% em relação ao tempo anterior, atingindo a meta esperada e melhorando a eficiência.
Figura 9 Diagrama esquemático da instalação geral do dispositivo de pressão de estampagem a quente 3D de compensação rápida integrado
Além disso, na aplicação prática do dispositivo, como a pressão é estável e o tempo de ajuste da pressão é reduzido, as mudanças de temperatura causadas pelo desligamento durante a estampagem a quente são minimizadas e o desperdício de estampagem a quente foi significativamente reduzido, melhorando o rendimento. A proporção anual de resíduos de estampagem a quente das caixinhas de maços de cigarros "Septwolves (Blue)" entre todos os resíduos diminuiu de um pico de 24,87% para 4,75% em 2025, reduzindo efetivamente a taxa de desperdício de estampagem a quente.
A prática acima demonstra que o dispositivo de pressão de estampagem a quente 3D de compensação rápida incorporado tem vantagens como estrutura razoável, baixo custo de fabricação e instalação e operação simples. Este dispositivo também pode ser aplicado em outros cenários, apresentando certo valor promocional no processo de hot stamping.