آلة تقطيع رقائق الذهب ذات الحواف المضادة للانقلاب: حل قابل للتكيف باستخدام بكرات اللف والضغط

خلاصة

أثناء عملية تقطيع رقائق التشكيل الحراري، يُعدّ انحناء حافة اللف (تقوّس الحافة) مشكلةً أساسيةً تؤدي إلى هدر المواد وانخفاض كفاءة الإنتاج. ونظرًا لخصائص رقائق التشكيل الحراري من حيث الرقة والليونة العالية والحساسية الحرارية، تُحلّل هذه الورقة البحثية الأسباب الميكانيكية لتقوّس الحافة، وتقترح حلًا تكيفيًا لأسطوانة اللف والضغط، يدمج بين الضبط التلقائي للضغط، والكشف الفوري عن الحافة، والتشكيل الديناميكي لسطح الأسطوانة. ومن خلال دمج التحكم الهوائي المؤازر مع الاستشعار الذكي، تُحقق الشركة نقلةً نوعيةً من "التصحيح السلبي للانحراف" إلى "كبح التقوّس النشط"، مما يُحسّن بشكلٍ ملحوظٍ إنتاجية التقطيع.

1. نقاط ضعف رقائق الذهب: تشقق الحواف وتجعدها

تُصنع رقائق الختم الساخن (الألومنيوم الكهروكيميائي) من خلال تركيب طبقة أساسية من البولي إيثيلين تيريفثالات، وطبقة فاصلة، وطبقة ملونة، وطبقة طلاء من الألومنيوم، بسماكة إجمالية تتراوح بين 12 و30 ميكرومترًا فقط. أثناء عملية التقطيع عالية السرعة (150-300 متر/دقيقة)، تظهر ثلاثة عوامل رئيسية لتجعد الحواف خلال مرحلة اللف:

• تركيز الإجهاد على الحوافتتسبب شفرة القطع في ظهور نتوءات دقيقة أو تشوه تمددي على حافة شريط الرقائق المعدنية، مما يؤدي إلى ارتخاء الحافة ثم لفها لأعلى أو لأسفل تحت تأثير بكرة الضغط لإعادة اللف.

• الكهرباء الساكنة وتأثير الفيلم: يؤدي الاحتكاك عالي السرعة إلى توليد الكهرباء الساكنة، مما يتسبب في تنافر طبقات الرقائق المعدنية مع بعضها البعض؛ وفي الوقت نفسه، يشكل تدفق الهواء عالي السرعة غشاءً هوائيًا بين حزام الرقائق المعدنية وبكرة الضغط، مما يقلل من ضغط التلامس ويمنع الضغط الفعال عند الحواف.

• تلامس غير متساوٍ لسطح الأسطوانة: لا تستطيع بكرات الضغط الصلبة أو الثابتة التقليدية التكيف مع تقلبات السماكة العرضية لشريط الرقائق (انتفاخ طفيف عند حواف كل شريط بعد القطع)، وعندما يكون توزيع الضغط ثابتًا، تكون قوى الحافة غير كافية.

بمجرد حدوث انحناء الحواف، قد يتسبب ذلك في تجاعيد، وتمزق الأشرطة، والتصاق الطبقات المتعددة، وفي الحالات الشديدة، قد يُتلف اللفة بأكملها. تشير الإحصائيات إلى أن حوالي 30% من خسائر القطع في رقائق الختم الساخن ناتجة عن حافة عملية اللف.

2. البنية الأساسية لبكرة اللف التكيفية

يُخالف هذا الحل المفهوم التقليدي لـ"الضغط المحوري باستخدام بكرات الضغط فقط"، حيث صُممت بكرات إعادة اللف كنظام مغلق الحلقة قابل للملاحظة والتشكيل والتعديل. ينقسم التصميم العام إلى ثلاث طبقات (انظر الشكل 1 للتوضيح، والموصوف هنا):

الطبقة 1: حافة ملفوفة، إدراك عبر الإنترنت

• تم تجهيز كل شريط شق بمستشعرات إزاحة ليزرية مصغرة أو وحدات كشف حواف كهروضوئية متقابلة لقياس فرق الارتفاع بين حافة شريط الرقائق وسطح الأسطوانة في الوقت الحقيقي (دقة ≤ 0.01 مم).

• تضمين متزامن لأجهزة الاستشعار الكهروستاتيكية وأجهزة التشفير المتزامنة مع السرعة لتحديد ما إذا كان الانحناء ناتجًا عن الكهرباء الساكنة أو طبقة الغاز.

الطبقة الثانية: وحدة التحكم التكيفية للضغط

• تعتمد بكرة الضغط على بنية مثانة هوائية مجزأة - يحتوي كل قضيب شق على حجرة وسادة هوائية مستقلة، ويتم التحكم في الضغط في كل حجرة بشكل مستقل بواسطة صمام تنظيم الضغط النسبي.

• يقوم جهاز التحكم بتطبيق ضغط إضافي على الحجرة على الجانب الملفوف (على سبيل المثال، من 0.2 ميجا باسكال المرجعي إلى 0.28 ميجا باسكال) بناءً على إشارة فرق ارتفاع الحافة، مما يعاكس ديناميكيًا ميل الحافة لأعلى.

الطبقة 3: آلية التكيف مع شكل سطح الأسطوانة

• يُغطى سطح الأسطوانة بطبقة مرنة من البولي يوريثان (صلابة شور A من 20 إلى 30)، مُدمجة بها مجموعة من المشغلات الهيدروليكية المصغرة. عند لف حافة معينة لأسفل بشكل مستمر (اللف العكسي)، يمكن لمجموعة قضبان الدفع أن تتقارب موضعيًا بشكل طفيف، بمقدار 0.1-0.5 مم، مُشكلةً سطحًا منحنيًا "للدعم العكسي" لتصحيح مسار حافة شريط الرقاقة هندسيًا.

3. سير العمل والخوارزميات الرئيسية

منطق كبح التمرير الديناميكي

1. التعلم الأولي: يتم تشغيل المعدات في وضع الخمول أو ببطء (20 متر/دقيقة) لإجراء القطع التجريبي، وتسجيل اتجاه الانحناء الطبيعي لحافة كل شريط شق، وإنشاء "منحنى ميزة الحافة المجعدة".

2. التحكم بالتغذية الراجعة في الوقت الحقيقي:

◦ إذا كان رفع الحافة > العتبة المحددة (على سبيل المثال 0.15 مم)، فإن ضغط الوسادة الهوائية المقابل يزداد، والزيادة ΔP = Kp· (مقدار الرفع) + Ki·∫مقدار الرفع·dt؛

◦ في الوقت نفسه، تحقق مما إذا كان الجهد الكهروستاتيكي يتجاوز 2 كيلو فولت، وإذا كان الأمر كذلك، فقم بتشغيل فرشاة إزالة الشحنات الساكنة الأرضية لبكرة الضغط.

3. تشكيل سطح الأسطوانة: بالنسبة للتجعيد الدوري (مثل الناتج عن تآكل الشفرة)، قم بتنشيط مجموعة المشغل الهيدروليكي لتشكيل نتوء محلي للضغط فعليًا على الحافة لتجنب الضغط الزائد والتسبب في انبعاج على سطح الرقاقة.

حماية من الجهد الزائد

يمنع مستشعر الضغط ذو الغشاء الرقيق الموجود على سطح الأسطوانة (نطاق 0-0.5 ميجا باسكال) الضغط الزائد داخل الحجرة من التسبب في تشوه جانبي لشريط الرقاقة أو تلف الغشاء الأساسي. ولا يتجاوز الحد الأقصى للضغط 0.35 ميجا باسكال.

4. مقارنة نتائج التنفيذ

في مصنع لتصنيع رقائق الختم الساخن، تم إجراء قياسات فعلية على عملية تقطيع الألومنيوم الكهروكيميائي القائمة على مادة PET (20 شريطًا × 40 مم عرضًا) بعرض 800 مم و12 ميكرومتر:

بالإضافة إلى ذلك، يسمح هذا الحل بتقليل شد اللف بنسبة 15٪ - 20٪ تقريبًا (حيث يتم قمع الحافة المتعرجة بشكل فعال، مما يلغي الحاجة إلى تسوية الحافة ذات الشد العالي)، مما يقلل من تشوه التمدد لشريط الرقائق.

5. الاقتصاد وقابلية التطبيق

• تكلفة التحديث: إضافة وحدات بكرات الضغط التكيفية المعيارية (بما في ذلك أجهزة الاستشعار والأكياس الهوائية وأجهزة التحكم) إلى محطة لف آلة التقطيع الحالية تكلف حوالي 8٪ - 12٪ من إجمالي سعر الآلة.

• فترة الاسترداد: بناءً على متوسط ​​8 ساعات في اليوم وانخفاض بنسبة 3.9 نقطة مئوية في معدل الخردة، يمكن تقليل فقدان رقائق الختم الساخن بحوالي 1.2 طن سنويًا (سعر الوحدة 80 يوان/كجم)، وفترة الاسترداد حوالي 6-10 أشهر.

• نطاق التطبيق:بالإضافة إلى ختم الرقائق الساخنة، فهي مناسبة أيضًا للف رقائق الألومنيوم، والأغشية السعوية، وأغشية نقل الحرارة، وغيرها من المواد الرقيقة وسهلة اللف.

6. الخاتمة

يُقدّم حلّ البكرات المُتكيفة لللف والضغط في آلة تقطيع رقائق الختم الساخن المضادة للانثناء حلاً جذرياً لمشكلة عدم استقرار حواف لف الرقائق الرقيقة، وهي مشكلة مُستعصية في هذه الصناعة، وذلك من خلال التعويض الديناميكي للضغط الموضعي، والضبط الدقيق لشكل سطح البكرة، والكشف المُدمج متعدد الحساسات. تُغيّر هذه التقنية الأسلوب التقليدي المُعتمد على خبرة المُشغّل لضبط ضغط البكرة إلى نظام "كبح تلقائي مُغلق الحلقة"، مما يُحسّن بشكل كبير من اتساق المنتج، ويُقلّل من التدخل اليدوي، ويُخفّض الهدر. في المستقبل، وبالتكامل مع التنبؤ باتجاهات الحواف باستخدام الذكاء الاصطناعي، يُمكن تحقيق ضبط الضغط التنبؤي بشكل أكبر، والارتقاء إلى مستوى التقطيع واللف الذكي بالكامل.