专利名称：强化瓦楞型材及其成型工艺和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及新材料及其加工方法和设备制造领域，尤其涉及以膜片类材料强化加工瓦楞型或波纹型包装材料和其它工程材料及相关产品的加工工艺和设备。
背景技术：
以瓦楞纸为代表的立体材料具有良好的使用性能和经济价值，更具有重大的环保意义，特重型瓦楞是代木包装、绿色包装的理想材料，普通瓦楞更是与现代生产及日常生活紧密相随，而精细瓦楞特别是微型瓦楞正促使现代包装技术和先进印刷技术的结合日臻完美。
但在这些瓦楞产品的生产中特别是在F、G、N以至O等规格的微型瓦楞产品的艰难开发中，目前采用的关键硬件瓦楞辊，其辊齿都是沿瓦楞辊轴向或稍微扭转的长齿，瓦楞成形时被加工材料在前进方向近似于步进，因此纵向拉力呈不对称周期性脉动、显著影响加工效率和产品质量，在力学性能良好的“V”形瓦楞和微型瓦楞的生产时这一状况更加严重，以至在目前大部分楞型特别是崭露头角的微型瓦楞的生产中只得以牺牲用料量和力学性能为代价、改成“U”形瓦楞以获得稍微平和的成型进程。
在目前“U”形、“UV”形和“V”形瓦楞中，前者最费料因而成本高、自重大而且经常退化为斜体“U”形、产品最易失稳且刚度最低，后者最好；但鉴于上述原因，目前纸板瓦楞对“V”形敬而远之。
上述严重缺憾可能被兴旺的瓦楞行情所淡化，近年来中国市场瓦楞纸的需求量大幅度增长，而国内产量不能满足市场需求，其中，我国微型瓦楞纸板更是一个亟待开发的“真空”市场。
同时，现代社会可信手拈来的塑料、特别是塑料膜片，尽管在许多方面胜过纸张，但由于其弹性和塑性明显高于纸张而难以成型，故没能与纸张一样用于哪怕是“U”形的瓦楞生产，当然其复合时的耐温性和粘结性通常也是问题。
塑料膜片例如BOPE、CPP、BOPP等特别是BOPET，以及压延金属膜片特别是铝箔，性能都非常优良，但目前瓦楞加工装备和方法不能经济地使之坚挺以承担瓦楞纸箱所能承受的压力，因此即使其已大量用于包装也不是以瓦楞类产品出现；现有钙塑瓦楞产品采用了与纸板瓦楞相近的热态成型设备并经热态粘合，所得“U”形瓦楞通常变形较大、成本很大、难以推广；至于医用瓦楞膜，所用塑料也需经专用设备热态吹膜、冷却定形，加工效率较低、塑料潜能远远没能发挥。
可见瓦楞产品性能亟待强化，瓦楞原料和瓦楞产品的种类和规格都亟待扩充优化。
发明内容
本发明采用新的成形方法和新型瓦楞辊及“导入式可控预变形装置”等技术，使纸张等膜片状材料经合适的设备，加工成性能更好的强化瓦楞型材，尤其可以使有明显塑性和加工硬化性的高分子或金属膜片状卷材能经济地、环保地加工成强度、挺度、缓冲性都相当好的“V”形瓦楞型材以至于加工成印刷性还相当优异的微型瓦楞，积极探索包装展示材料、工程构造材料的革新，努力以轻便简洁的新型瓦楞结构抑制过度包装，促进当今资源的合理利用和现代环保体系的建设和完善。特别是BOPET等膜片，其堪称塑钢的优异性能应当而且必将通过本发明所推瓦楞加工等立体化形式得到有效发挥。
经查新，尚未发现国内外与本发明内容雷同的产品或技术方法被公开或使用。
本发明实现上述内容所采用的技术方案是1.将成对瓦楞辊的辊齿从相互啮合的轴向长齿改成与轴线垂直的一系列平行插合的盘片状辊齿，形成新型瓦楞辊；插合的盘片状辊齿间有间隙，该间隙留作待成形瓦楞材料的通道；新型瓦楞辊两辊最好同时反向转动，但从新瓦楞成型的原理来看，这种新型瓦楞辊，其成对两辊的运动其实是可以互不干扰的，更没有原来瓦楞辊那种齿轮啮合之类的关系。参见图1新型瓦楞辊及其与轴线垂直的一系列盘片状辊齿示意。
2.新型瓦楞辊使用前的辊齿设计和加工以及使用期间的辊齿修复加工都可采用回转式连续切削或分段切削以及相应的齿面处理；这种设计和加工的效率及质量可以显著提高。
3.依新型瓦楞辊中一系列平行插合的盘片状辊齿成形出来的瓦楞，瓦楞顶线与成形部位的进出料方向一致，即构成横向变形的纵向轧制甚至可以纵向滑动；其中横向没有明显拉伸而只有明显弯曲时，可以采用在新型瓦楞辊盘片状辊齿较小间隙中的纵向滑动来实现横向的弯曲成形。参见图2一对新型瓦楞辊及“中心距调节法”对其“V”形辊齿均匀插合磨损的补偿示意。
4.可采用“导入式可控预变形装置”使待加工膜片材料在其中滑动时完成适当的预变形量，随即导入新型瓦楞辊中一系列平行插合的盘片状辊齿的间隙进行纵向轧制甚至可以纵向滑动，在此间隙中完成所欠的变形量或所欠的变形程度，同时实现适当的横向总变形量从而实现瓦楞定型和强化；这些总变形量主要包括拉伸和弯曲两种形式，其中“导入式可控预变形装置”相当于在一组基本平行又均匀间隔的细直条上平铺纸张、纸张上面对合平铺相同的另一组细直条再平移一半间隔之距、然后这上面一组细直条一头固定另一头同步下压、造成纸张从平面过渡到波纹形、控制同步下压量就是控制预变形程度，这种过渡区的长度足够大时横幅即使变小也不至于明显影响生成这种波纹型的稳定性。
或者说，相对于所生成瓦楞两相邻顶线和底线之间的一长条待加工膜片材料，“导入式可控预变形装置”所起的作用相当于使适当张紧的这一长条膜片通过合适的距离，从平行于瓦楞辊轴线逐渐扭转过渡到倾斜于瓦楞辊轴线、倾斜不应达到新型瓦楞辊辊齿侧面的程度但必须与新型瓦楞辊盘片状辊齿间隙相呼应即便于喂料，有点像手掌宽的纸条从对合的双掌和交叉的手指缝中被人抽走却有所变形那样。
参见图3“导入式可控预变形装置”(a型及b型)示意，其中a型保持幅宽，适用于延伸性好的塑性或金属膜片材料，b型原料适应性更好。对于延伸性不好的材料宜选用b型并应限制一次预变形或一次纵轧时幅宽收缩的总量，必要时应加大过渡区长度或采用多次预变形。
5.新型瓦楞辊工作时，待加工膜片材料纵向牵引拉力平稳可控，横向可以强化定型并且受力对称，适合生产“V”形及“UV”形瓦楞，尤其适合生产紧俏的微型瓦楞，其中对于传统所用横向延伸性不好的材料，瓦楞辊齿和楞型可保留“UV”形、尽可能淘汰“U”形；“导入式可控预变形装置”相当于在一块钢板中间层附近用线切割立体切割出上述过渡区间，即构成从平面过渡到波纹形的两块对合体，这种对合面和新型瓦楞辊中一系列平行插合的盘片状辊齿的表面质量必须保证优良，这些表面及棱角将显著影响待加工膜片材料纵向牵引拉力的平稳可控和横向受力的对称性以及瓦楞定型的强化效果；即使生产“V”形瓦楞，新型瓦楞辊辊齿断面及“导入式可控预变形装置”中瓦楞状凸起物的断面都可以采用细短直条而不必局限于三角形或梯形及其圆角后的变形。
6.生产“V”形和“UV”形瓦楞时，新型瓦楞辊辊齿若有磨损也能自动更新并如权利要求2所述容易加工修复，新型瓦楞辊长期使用后若辊径显著磨损可简便调节瓦楞辊的中心距予以补偿；又正如锯齿用钝后用锉削翻新那样可方便而准确地加工。参见图2一对新型瓦楞辊及“中心距调节法”对其“V”形辊齿均匀插合磨损的补偿示意。
7.新型瓦楞辊工作时，视待加工膜片材料性质决定一次冷轧甚或逻辑分带后用几组新型瓦楞辊串联实行分步成形，后者适于横向延伸性不好的传统材料并可辅以烘干定型、也可再加一对有不同辊齿组合的范型瓦楞辊定型；在准备采用逻辑分带然后用几组新型瓦楞辊串联实行分步成形此之前，优先考虑通过“导入式可控预变形装置”完成足够的预变形程度。参见图3“导入式可控预变形装置”(a型及b型)示意、图4范型瓦楞辊定型及预先分带和分步成形。
8.可以按照特殊需要，通过控制新型瓦楞辊上部分辊齿的形状及其在新型瓦楞辊上的分布和相互插合的位置，在一次冷轧甚或在逻辑分带后用几组新型瓦楞辊串联的分步成形中实现非均布瓦楞或非对称瓦楞的生产，其中可以用不同的齿型实现不同的横向延伸率以至部分区间不发生横向延伸而只承担较单纯的纵向牵引作用；通过这种较单纯的纵向牵引作用可同时控制瓦楞材料在纵向的小幅度伸长程度；在准备采用逻辑分带然后用几组新型瓦楞辊串联实行分步成形之前，优先考虑通过“导入式可控预变形装置”完成足够的预变形程度。参见图3“导入式可控预变形装置”(a型及b型)示意、图4范型瓦楞辊定型及预先分带和分步成形。
9.延伸性好的塑性或金属膜片材料只需一对新型瓦楞辊以较大的横向延伸率一次冷轧就可成形并显著强化，适于加工金属卷材，更适于加工经纵向拉伸或双向拉伸的塑料卷膜和金属卷材，此时所用原料的横向延伸率应当能与所需瓦楞形状或指定辊齿形状相适应；可通过“导入式可控预变形装置”调节预变形程度以方便质量控制；可同时控制瓦楞材料在纵向的小幅度伸长程度。参见图5较大横向延伸率的一次成型纵向轧制示意，其中分图c中配加a型“导入式可控预变形装置”而分图d中未加。参见图6配加b型“导入式可控预变形装置”的一次成型纵向轧制示意。
10.为获得指定楞型的瓦楞产品，若所用高分子或金属膜片材料的弹性较高，可适当改变辊齿横截面形状和新型瓦楞辊间隙或调整加工温度，需要复合其它面层时还可采用相应的粘结或适当复合工艺，本发明所指瓦楞产品主要指得到显著强化的瓦楞芯材，可直接使用或充分复合加工；如果复合加工，优先在线进行，也可另行专业化复合。
11.正同任何一种新材料出现一样，资源的合理利用和再生、环保体系的建设和完善都应当得到重视，鉴于有关传统瓦楞纸的习惯认识和生产技术现状，不管直接使用或充分复合加工，本发明加工所得强化瓦楞新材料并不会立即取得像传统瓦楞纸那样的再生比例，但本发明加工所得强化瓦楞新材料的可再生性可以做得更好，例如在同一产品中所用原料品种和数量都可得到简化，以便组织生产和资源再生能更加高效而不是陷于被动地寻找可降解配方的老路。
图1新型瓦楞辊及其与轴线垂直的一系列盘片状辊齿示意图2一对新型瓦楞辊及“中心距调节法”对其“V”形辊齿均匀插合磨损的补偿图3“导入式可控预变形装置”(a型及b型)示意图4范型瓦楞辊定型及预先分带和分步成形图5较大横向延伸率的一次成型纵向轧制示意，其中分图c中配加a型“导入式可控预变形装置”而分图d中未加图6配加b型“导入式可控预变形装置”的一次成型纵向轧制示意图中1.原料卷材，2.限制辊组，3.“导入式可控预变形装置”，4.新型瓦楞辊组，5.新型瓦楞芯材，6.瓦楞辊轴线和横向，7.瓦楞顶线和纵向，8.预先分带和分步成形用瓦楞辊，9.带相同辊齿的新型瓦楞辊一例，10.带不同辊齿组合的新型瓦楞辊一例。
权利要求
1.一种强化瓦楞型材及其成型工艺和装置，其特征是将成对瓦楞辊的辊齿从相互啮合的轴向长齿改成与轴线垂直的一系列平行插合的盘片状辊齿，形成新型瓦楞辊。
2.根据权利要求1所述的强化瓦楞型材及其成型工艺和装置，其特征是新型瓦楞辊使用前的辊齿设计和加工以及使用期间的辊齿修复都可采用回转式连续切削或分段切削以及相应的齿面处理。
3.根据权利要求1和权利要求2所述的强化瓦楞型材及其成型工艺和装置，其特征是依新型瓦楞辊中一系列平行插合的盘片状辊齿成形出来的瓦楞，瓦楞顶线与成形部位的进出料方向一致，即构成横向变形的纵向轧制甚至可以纵向滑动。
4.根据权利要求1～3所述的强化瓦楞型材及其成型工艺和装置，其特征是可采用“导入式可控预变形装置”使待加工膜片材料在其中滑动时完成适当的预变形量，随即导入新型瓦楞辊中一系列平行插合的盘片状辊齿的间隙进行纵向轧制甚至可以纵向滑动，实现适当的横向总变形量从而实现瓦楞定型和强化。
5.根据权利要求1～4所述的强化瓦楞型材及其成型工艺和装置，其特征是新型瓦楞辊工作时，待加工膜片材料纵向牵引拉力平稳可控，横向可以强化定型并且受力对称，适合生产“V”形及“UV”形瓦楞，尤其适合生产紧俏的微型瓦楞，其中对于传统所用横向延伸性不好的材料，瓦楞辊齿和楞型可保留“UV”形、尽可能淘汰“U”形。
6.根据权利要求1～5所述的强化瓦楞型材及其成型工艺和装置，其特征是生产“V”形和“UV”形瓦楞时，新型瓦楞辊辊齿若有磨损也能自动更新并如权利要求2所述容易加工修复，新型瓦楞辊长期使用后若辊径显著磨损可简便调节瓦楞辊的中心距予以补偿。
7.根据权利要求1～6所述的强化瓦楞型材及其成型工艺和装置，其特征是新型瓦楞辊工作时，视待加工膜片材料性质决定一次冷轧甚或逻辑分带后用几组新型瓦楞辊串联实行分步成形，后者适于横向延伸性不好的传统材料并可辅以烘干定型。
8.根据权利要求1～7所述的强化瓦楞型材及其成型工艺和装置，其特征是可以按照特殊需要，通过控制新型瓦楞辊上部分辊齿的形状及其在新型瓦楞辊上的分布和相互插合的位置，在一次冷轧甚或在逻辑分带后用几组新型瓦楞辊串联的分步成形中实现非均布瓦楞或非对称瓦楞的生产，其中可以用不同的齿型实现不同的横向延伸率以至部分区间不发生横向延伸而只承担较单纯的纵向牵引作用。
9.根据权利要求1～8所述的强化瓦楞型材及其成型工艺和装置，其特征是延伸性好的塑性或金属膜片材料只需一对新型瓦楞辊以较大的横向延伸率一次冷轧就可成形并显著强化，适于加工金属卷材，更适于加工经纵向拉伸或双向拉伸的塑料卷膜和金属卷材，此时所用原料的横向延伸率应当能与所需瓦楞形状或指定辊齿形状相适应。
10.根据权利要求1～9所述的强化瓦楞型材及其成型方法，其特征是为获得指定楞型的瓦楞产品，若所用高分子或金属膜片材料的弹性较高，可适当改变辊齿横截面形状和新型瓦楞辊间隙或调整加工温度，需要复合其它面层时还可采用相应的粘结或适当复合工艺，本发明所指瓦楞产品主要指得到显著强化的瓦楞芯材，可直接使用或充分复合加工。
全文摘要
强化瓦楞型材及其成型工艺和装置，将成对瓦楞辊的辊齿从相互啮合的轴向长齿改成与轴线垂直的一系列平行插合的盘片状辊齿，新型瓦楞辊成形的瓦楞顶线与成形部位进出料方向一致即构成横向变形的纵向轧制；导入新型瓦楞辊时，待加工膜片材料纵向牵引拉力平稳可控，横向受力对称定型强化，易生产“V”形及“UV”形瓦楞；视材料性质决定一次冷轧甚或逻辑分带后用几组新型瓦楞辊串联实行分步成形，后者适于横向延伸性不好的传统材料；延伸性好的塑性或金属膜片材料只需一对新型瓦楞辊以较大的横向延伸率一次冷轧就可成形并显著强化，很适于加工金属卷材和经纵向拉伸或双向拉伸的塑料卷膜。此法芯材优质、高产、环保、低耗，可直接使用或充分复合加工。
文档编号B31F1/20GK1631664SQ2004100658
公开日2005年6月29日 申请日期2004年12月23日 优先权日2004年12月23日
发明者黄海芳, 黄河清 申请人:黄河清