纸质包装盒无偏移拆切方式的研究

摘. . 要：本文以烟盒为实验对象进行拆切试验，对烟盒的切割特性进行了研究，分别实施了圆盘刀、弹簧调节的随动刀、固定刀片对硬包小盒的拆切试验，通过对三种试验过程和结果的对比，得出结论，固定刀片具有较好的切割特性，能够将定位准确的烟盒切出较整齐的切口，为以开盒方式进行卷烟质量检测的工艺方法打下基础。

关键词：拆切；纸质包装盒；检测

前言

现有理论中涉及切削的理论研究多偏向于金属类硬质类零件，因其在实际工程项目中用量巨大，具有较高的研究价值，而在针对金属材料的研究中，其质地具有较好的均匀性、稳定的物理特性，所以金属材料的切削理论发展比较早，也非常成熟，现今诸多的理论研究都已经普遍应用到了实际工程问题中。而纸质类构成稳定性不强，物理特性多变的材料在切削研究理论中涉及较少，但现代工业中，纸质类材料应用越来越广泛，具有较高的研究价值，需要深入的理论基础作为实际工程应用的基础。

1. 纸质包装盒的拆切问题

随着现代工业的发展，包装设备在产量较大的各种商品中都已经普及，并已经形成较高的自动化水平，包装工艺也非常成熟。现有的包装类产品在出厂前一般都会进行抽检，抽检多用人工方式进行，而多数的包装商品均是用纸质包装壳，拆切过程常用切刀将包装壳拆切开进行商品质量复检，人工拆切过程人为控制，具有较好的自动调整导向性，但也会出现拆切不规整、不统一的问题，而如果实现机械自动化拆切进行抽检的情况下，对拆切刀片与纸质包装盒之间的拆切配合关系具有更高的要求。

现对纸质包装盒进行刀片拆切，去除人工在拆切过程中的干预，研究并对比几种拆切方式的拆切效果，分析其内在原因。

2. 圆盘刀拆切试验及讨论

圆盘刀在金属机械加工中应用广泛，利用圆盘锯片刀进行一些特殊零件的加工，圆盘刀也根据使用需求使用合金刀片和金刚石等高硬度的材料 ［1］ ，同时在农用机械上也有较多对农作物的收割等的使用。针对本研究内容为对纸质包装盒的拆切的问题，研究圆盘刀片对纸质包装盒进行拆切的特性，具体方案如下：（1）将圆盘刀或锯片刀安装于卧式铣床上；（2）用手挤压烟条一端，使小盒被挤压向后缩回一段距离，保证压力不至引起小盒和烟支损坏，用压板将烟条固定于工作台上，并保持内部的小盒处于缩回状态；（3）开动铣床，调节铣床工作台位置，手动进给观察烟条端部能否被切开，记录刀盘厚度、刀盘直径、进给量、主轴转速；相对位置如下图所示：

图 1

实验过程：烟条固定不动，圆盘刀旋转的同时向烟条方向运动，对烟条断面进行切割。实验结果表明，圆盘刀对纸质包装材料的切削容易出现跑偏的现象，存在切到包装盒内商品的问题，对刀盘厚度、刀盘直径、进给量、刀片转速等实验参数的对比，发现刀盘厚度大小与跑偏量成非线性反比，刀盘直径大小与跑偏量成非线性正比，进给量与跑偏量成非线性正比，刀片转速与跑偏量成非线性反比。分析试验结果，圆盘刀片旋转过程中存在一定程度的旋转偏移，且厚度较小的刀片存在一定的柔性，纸质包装盒同样具有变化规律复杂的柔性，刀片旋转偏移与柔性变量的结合使圆盘刀拆切纸质包装盒时拆切动作不稳定，不容易将其应用到实际问题中。

3. 随动划切刀拆切试验及讨论

总结圆盘刀片拆切过程中偏移和柔性造成拆切不稳定的问题，进一步探寻利用直刃刀片进行拆切的特性。刀片切削在工业中应用繁多，形式多样，如车床运行中的车削动作既是利用高速旋转的零件与固定的切削刀片相互作用而实现。在对直刃刀片与纸质包装盒的切削特性研究中，引用车床工作原理，利用纸质包装盒运动，与直刃刀片进行作用，具体形成两种试验方案，第一种为刀片随动切削方案，第二种为刀片固定切削方案。

3.1 刀片随动切削特性

纸质包装盒的内在微观构成不均匀，影响其物理特性，导致切削会造成波动。刀片随动进行切削的设想基于刀片在稳定的侧向弹性力的作用下，与纸质包装盒形成相互作用力平衡的稳定状态，结合包装盒包装侧面与刀片侧面的相互作用关系，设想刀片会进行微小波动但整体稳定的切削动作。

试验过程：导轨固定不动，直刃刀片在拉簧和电磁铁配合作用下能够上下浮动，烟盒在固定导轨内水平向刀片移动，对烟盒的侧面进行切割。试验结果：（1）刀片锋利，弹簧力量设定准确时，烟盒的切口光滑，具有较好的划切效果；（2）弹簧力量稍有偏差时，烟盒切口存在锯齿浮动或向一侧偏移；（3）刀片在浮动状态下进行切割，烟盒切口成挤压状态。试验结果表明，浮动直刃刀片虽然具有一定的可操作性，但实际应用中浮动力量难以调控，而且对刀片锋利程度要求过高，因此本切削方案有待进一步改进。

3.2 刀片固定切削特性

对随动刀片切削方案的缺陷进行总结，是因为浮动力量难以控制，且浮动状态的切割方式对刀片的锋利程度也有较高的要求，因此将刀片的浮动性特征去除，形成如下实验方案 : 在固定通道上设置固定刀片，对烟盒进行切割。

实验过程：导轨固定不动，其上固定安装水平方向的刀片，烟盒沿导轨内向刀片水平移动，对烟盒侧面进行切割。实验数据结果表明，烟盒表面切口光滑，烟盒水平定位准确时，切口也能够精准控制在水平线上，形成容易将小盒翻开的切口。

4. 小结

卷烟质量检测是一项工作量大、规范性强的工作，对卷烟工艺尾端的成品烟检测都是用人工进行，如果能够实现自动拆切和自动检测，将对卷烟生产工艺带来质的变化，因此通过对纸质包装商品的检测需求分析，以烟盒为实验对象进行拆切试验，分别实施了圆盘刀对烟条盒的拆切试验、弹簧调节的随动刀片对硬包烟盒的拆切试验、固定刀片对硬包小盒的拆切试验，通过对三种试验过程和结果的对比，可以得出以下结论 :（1）圆盘刀片切割方式中，旋转偏移与柔性变量的结合使圆盘刀拆切纸质包装盒时容易出现跑偏的问题；（2）随动刀片切割方式中，浮动状态难以控制，容易造成切口挤压或切口偏移的问题；（3）固定刀片具有较好的刚性，能够将定位准确的烟盒切出较整齐的切口；（4）卷烟包装紧凑，在内装物不受损伤的情况下进行切割，需要非常高的定位切割精度。

本文对烟盒的切割特性进行了研究和探索，为切割方式进行包装盒开盒的方法做了前期基础试验，为卷烟质量尾端的闭环自动化检测中关键环节打下基础。

参考文献：

［1］黄嘉扔 . 烟草工业手册 [M]. 北京 : 中国轻工业出版社 ,1999［2］李东海 . 新型金刚石锯片研究 [J]. 化学工程与装备 .2008（10）26-58

［3］吴启斌，金 毅，侯锁军 . 圆盘刀式切割装置设计与模态分析[J]. 河南工学院学报 .2096–7772(2020)02–0006–03［4］余坤河 .PROTOS-M5 水松纸切割原理及常见质量问题分析 [J].

内燃机与配件 .2020.08.094

［5］冯嫦，刘庆伦 . 空气净化器滤芯纸板快速切纸夹具机构的设计[J]. 机械工程师 .1002 － 2333（2020）05 － 0036 － 03［6］仁祥，吴志元 . 深度特征联合匹配的不同刀具间磨损状态识别[J]. 仪器仪表学报 .2012-01-20