Le guide de l'ingénieur pour l'emballage des flux : Une plongée en profondeur dans les principes techniques de base
Introduction : Au-delà des bases du HFFS
Les ingénieurs et les techniciens connaissent l'emballage par flux sous le nom de "Horizontal Form-Fill-Seal" (HFFS). Ce procédé permet un conditionnement à grande vitesse dans d'innombrables secteurs d'activité.
Mais il ne suffit pas de connaître les bases pour obtenir des performances optimales. Ce guide va plus loin.
Nous examinerons les aspects mécaniques, électriques et matériels de la science. les principes qui régissent les performances d'une enveloppeuse de flux. La véritable maîtrise vient de la compréhension de la manière dont la dynamique de la machine, l'intégrité du scellage et l'efficacité opérationnelle fonctionnent ensemble.
Le voyage mécanique
Une enveloppeuse de flux exécute une séquence mécanique précise et à grande vitesse. La compréhension de chaque étape est essentielle pour le diagnostic et l'optimisation.
Étape 1 : Alimentation et mise en phase
Le processus commence au niveau du convoyeur d'alimentation. Il s'agit généralement d'un système à chaîne ou à courroie qui génère un produit. un espacement cohérent entre les produits.
Des capteurs à œil photoélectrique détectent le bord d'attaque de chaque article. Ces données sont essentielles pour assurer un "phasage" ou un "pitch" correct.
Le phasage est la synchronisation électronique et mécanique qui permet de placer chaque produit en parfait état position lorsqu'il entre dans le tube du film. Il synchronise le l'arrivée du produit avec la découpe cycle de la tête.
Étape 2 : Déroulement et formage du film
Dans le même temps, le film plat se déroule d'une bobine sur un dérouleur. Cet ensemble utilise un frein ou un système de moteur pour maintenir la tension du film à un niveau bas et constant.
Le film se dirige vers la boîte de formage, souvent appelée "charrue". Il s'agit d'une pièce soigneusement formée et non entraînée.
La géométrie de la boîte de formage plie progressivement le film plat autour du produit entrant. Cela crée un tube continu de film avec le produit à l'intérieur.
Étape 3 : Création du joint d'étanchéité
Le film étant formé en tube, les deux bords longs se chevauchent sous le produit. Ces bords passent par une série de roues de scellage à ailettes.
En général, il y a deux ou trois paires de roues. La première paire tire souvent le film à travers la machine. La deuxième paire préchauffe les couches de produit d'étanchéité. La dernière paire applique une pression pour créer le joint longitudinal hermétique.
Ce joint de fond continu est le joint d'ailette.
Étape 4 : Scellement de l'extrémité et découpe
Le produit, maintenant enfermé dans le tube de film scellé, se déplace vers la tête de coupe. Ce composant effectue deux actions critiques à la fois, en utilisant soit la technologie rotative, soit celle du mouvement de la boîte.
Les mâchoires chauffées de la tête de coupe se pressent l'une contre l'autre. Elles créent le joint d'extrémité arrière du premier paquet et le joint d'extrémité avant du paquet suivant.
Au même moment, un couteau situé dans la mâchoire coupe entre les deux joints. Cela permet de séparer l'emballage fini, qui est ensuite acheminé vers le convoyeur d'évacuation.
Anatomie d'un Flow Wrapper
Il est essentiel de comprendre chaque composant essentiel pour la maintenance, le dépannage et la spécification de nouveaux équipements. Une enveloppeuse de flux est un système de pièces synchronisées, chacune ayant une fonction technique spécifique.
Tableau 1 : Composants principaux de l'enveloppe de flux et leurs fonctions d'ingénierie
Composant | Principe et fonction de l'ingénierie | Matériaux/types communs | Indicateur clé de performance (ICP) |
Infeed Convoyeur | Contrôle synchronisé des mouvements pour espacer et acheminer le produit vers la zone de formage. | Acier inoxydable, acétal (plastique) vols | Précision du pas du produit |
Broche/dérouleur de film | Fournit une alimentation en film constante et à faible tension. Comprend souvent un mandrin à centrage automatique et un système de freinage. | Aluminium, acier | Tension constante du film |
Boîte de formage | Une charrue fixe ou réglable qui plie progressivement la bande plate du film en un tube. La géométrie est essentielle. | Acier inoxydable, acier revêtu de téflon | Tube de film infroissable |
Roues à joint d'ailette | Une série de roues chauffées et entraînées qui exercent une pression et une pression sur le sol. la chaleur pour créer le joint longitudinal. | Acier trempé, laiton revêtu | Intégrité du joint, force de traction constante |
Tête de coupe / mâchoires | Le "cœur" de la machine. Applique la chaleur, la pression et le temps de séjour pour créer les joints d'extrémité et couper le paquet. | Acier trempé, alliages spéciaux | Qualité du scellage, précision de la coupe, temps de séjour |
Décharge Convoyeur | Transporte les emballages finis et scellés loin de la tête de coupe pour l'encaissage ou les opérations secondaires. | Bande en tissu, bande modulaire en plastique | Transfert de colis en douceur |
Les banderoleuses modernes ont été transformées par la technologie des servomoteurs. Contrairement aux anciennes machines à entraînement mécanique, les servomoteurs permettent un mouvement indépendant, contrôlé par logiciel, de l'alimentation, des roues à ailettes et de la tête de coupe.
Cela offre une flexibilité inégalée pour des changements rapides entre différentes tailles de produits. Il permet également un contrôle précis du phasage et de la longueur de coupe, ce qui améliore considérablement l'efficacité opérationnelle.
La physique de l'étanchéité
Une étanchéité parfaite et fiable n'est pas le fruit du hasard. C'est le résultat d'une physique appliquée. La réussite de la fusion des couches de scellant d'un film dépend de la gestion précise du "triangle de scellage" : la chaleur, la pression et le temps de séjour.
Les machines d'emballage en flux utilisent deux technologies principales de scellage des extrémités : les mâchoires rotatives et le mouvement de la boîte. Il s'agit de technologies distinctes des solutions mécaniques pour optimiser ce triangle pour différentes applications.
Mâchoires rotatives : un outil de travail à grande vitesse
Les mâchoires de scellage rotatives fonctionnent dans un mouvement circulaire continu. En tournant, elles s'embrassent brièvement pour sertir, sceller et couper le film.
La pression est appliquée sur une courbe, ce qui se traduit par un temps de séjour très court en tout point du joint.
Ce mécanisme est mécaniquement plus simple et permet des vitesses extrêmement élevées, souvent comprises entre 300 et plus de 800 paquets par minute (ppm).
Toutefois, la brièveté du temps de séjour le rend moins adapté aux films épais et multicouches ou aux applications nécessitant de véritables scellés hermétiques validés, tels que les emballages sous atmosphère modifiée (MAP). Il excelle avec les films standard pour les produits tels que les bonbons des barres, des biscuits et de la quincaillerie.
Box Motion : Spécialiste de l'hermétisme
La technologie Box Motion offre une approche plus sophistiquée. Les mâchoires de scellement suivent une trajectoire rectangulaire.
Ils se déplacent horizontalement avec le film sur une courte distance pendant la phase de scellage avant de se rétracter et de revenir à la position de départ.
Ce mouvement horizontal crée un temps d'arrêt long et constant. Il permet à la chaleur de pénétrer pleinement les structures de film plus épaisses et à la pression d'être appliquée uniformément sur toute la largeur du scellage.
Bien que cette complexité mécanique limite les vitesses maximales, généralement autour de 150 ppm, c'est le meilleur choix pour des joints hermétiques garantis. Il est idéal pour les applications MAP avec des produits frais ou du fromage, des dispositifs médicaux et des produits emballés dans des films épais ou difficiles à sceller.
Tableau 2 : Comparaison technique : Mâchoires rotatives et mouvement de la boîte
Fonctionnalité | Mâchoires d'étanchéité rotatives | Mâchoires d'étanchéité pour le mouvement de la boîte |
Trajectoire du mouvement | Circulaire | Rectangulaire (se déplace avec le film) |
Vitesse maximale | Très élevé (jusqu'à plus de 800 ppm) | Modérée (jusqu'à 150 ppm) |
Temps d'attente | Très court | Longue et cohérente |
Qualité des scellés | Bon pour les joints standard | Excellent, hermétique |
Meilleur pour MAP | Non | Oui, Idéal |
Manipulation des films | Meilleur avec les films standards et minces (par exemple, BOPP) | Excellent pour les films épais, multicouches ou difficiles à sceller |
Produits idéaux | Confiserie, boulangerie (articles solides), quincaillerie | Produits frais, fromage, dispositifs médicaux, lingettes humides |
Complexité mécanique | Plus bas | Plus élevé |
Synergie entre machines et matériaux
Une enveloppeuse de flux ne fonctionne pas dans le vide. Ses La performance est directement liée au matériel science du film d'emballage qu'elle utilise. Optimiser la machine sans tenir compte du film est une cause fréquente d'inefficacité et de gaspillage.
Pour obtenir une synergie entre la machine et le matériau, il faut comprendre les principales propriétés des films et leur impact direct sur le processus mécanique.
Propriétés principales du film
- Coefficient de frottement (COF): Cette propriété détermine la facilité avec laquelle le film glisse sur les surfaces de la machine et sur lui-même. Le COF film-métal affecte le déplacement dans la boîte de formage, tandis que le COF film-film affecte l'interaction des couches au niveau des ailettes et des joints d'extrémité. Un COF incorrect peut entraîner une traînée, un étirement ou un glissement.
- Couche d'étanchéité et température d'amorçage de l'étanchéité (SIT) : La couche interne du film est conçue pour fondre et fusionner sous l'effet de la chaleur. L'indice SIT est la température minimale à laquelle cette couche devient suffisamment collante pour former un lien. Cette valeur détermine directement les réglages de température requis pour les roues à ailettes et les mâchoires de coupe. Par exemple, le polypropylène biaxial standard (BOPP) peut avoir un SIT d'environ 110-140°C, alors qu'un scellant en polyéthylène (PE) peut avoir une température plus basse.
- Rigidité & Module: La rigidité d'un film influe sur son comportement mécanique. Un film très mou peut ne pas former un tube net dans la boîte de formage, ce qui entraîne des plis. Un film trop rigide peut résister au pliage et créer des canaux dans les joints. Le module du film doit correspondre à celui de l'emballage. contrôle de la tension de la machine des capacités.
- Hot Tack : Il s'agit de la capacité d'un film à maintenir une soudure pendant qu'il est encore chaud et semi-fondu. Une forte adhérence à chaud est essentielle pour les produits lourds qui peuvent tirer sur la soudure finale avant qu'elle ne refroidisse et ne durcisse. Elle est également vitale pour les opérations à grande vitesse où les paquets sont manipulés immédiatement après le scellage.
Guide de dépannage de l'ingénieur
Le dépannage efficace d'une enveloppeuse de flux nécessite une approche systématique, et non des suppositions. En comprenant la cause technique d'une défaillance, un ingénieur ou un technicien peut appliquer une séquence logique de solutions.
Une approche systématique
Lorsqu'un problème survient, nous appliquons la méthode "Vérifier-Adapter-Vérifier". Nous commençons par vérifier les causes les plus simples et les plus probables. Ensuite, nous procédons à un petit ajustement à la fois. Enfin, nous vérifions si cet ajustement unique a résolu le problème avant de passer à la solution potentielle suivante.
Cela permet d'éviter d'aggraver les problèmes en modifiant plusieurs variables à la fois.
Tableau 3 : Matrice de dépannage de l'enroulement de flux
Défaut / Symptôme | Causes techniques courantes | Solutions systématiques (du plus simple au plus complexe) |
Mauvais joints d'extrémité (fuites, faiblesse) | 1. Température de la mâchoire incorrecte. 2. Pression insuffisante de la mâchoire. 3. Faces de mâchoires usées ou sales. 4. Mâchoires mal alignées. 5. Temps d'arrêt trop court (vitesse trop élevée). | 1. Vérifier et ajuster : Vérifier la température de la mâchoire à l'aide d'un pyromètre étalonné par rapport au point de consigne. 2. Inspecter et nettoyer : L'accumulation de produit ou de film carbonisé sur les faces des mâchoires et les dentelures est un problème courant. Nettoyer soigneusement. 3. Ajuster : Augmenter la pression de la mâchoire par petites étapes contrôlées. 4. Vérifier : Utiliser du papier carbone ou un film sensible à la pression pour vérifier l'alignement régulier des mâchoires et la répartition de la pression. 5. Réduire la vitesse : Ralentir la machine pour augmenter le temps de séjour et permettre un meilleur transfert de chaleur. |
Problèmes de dérive et de suivi du film | 1. Tension inégale du film. 2. Rouleau de film mal aligné. 3. Boîte de formage non centrée. 4. Saleté ou accumulation sur les rouleaux. | 1. Vérifier : La première chose que nous vérifions est que le rouleau de film est parfaitement centré sur la broche et que les mandrins sont bien fixés. 2. Ajuster : Vérifier et équilibrer la tension du film à partir du système de frein de déroulement. 3. Inspecter et nettoyer : Nettoyer tous les guides non motorisés les rouleaux pour s'assurer qu'ils tournent librement. 4. Aligner : Vérifier que le caisson de formage est parfaitement centré par rapport aux roues d'étanchéité des ailettes. Une charrue mal alignée est l'une des principales causes de dérive. |
Joint d'ailette plissé | 1. Température incorrecte sur les roues à ailettes. 2. Pression inégale des roues à ailettes. 3. La boîte de formage est trop large/étroite pour le film. | 1. Ajuster la température Si le film semble étiré ou déformé, la température est probablement trop élevée. Si le joint ne se forme pas, la température est peut-être trop basse. 2. Ajuster la pression : Vérifier la pression à tous les niveaux des roues à ailettes. Assurez-vous qu'elles exercent une force uniforme. 3. Modifier/ajuster : Vérifiez que la taille de la boîte de formage est adaptée à la largeur totale du film et aux dimensions souhaitées de l'emballage. Une boîte de formage de taille inappropriée provoquera toujours des plis. |
Longueur de sac incohérente | 1. Le produit glisse sur l'alimentation. 2. Roues de traction du joint d'ailette usées. 3. Mauvais réglage de l'enregistrement de l'impression. 4. Problème de réglage du servomoteur. | 1. Inspecter : Vérifier l'usure des tasseaux du convoyeur d'alimentation ou la perte d'adhérence à la surface de la bande. 2. Vérifier les roues : Les roues à ailettes sont le principal mécanisme de traction du film. Si elles sont usées ou si elles glissent, la longueur du sac sera irrégulière. 3. Recalibrer : Si vous utilisez un film imprimé, exécutez la routine de configuration de l'enregistrement de l'impression pour synchroniser à nouveau le capteur de marques oculaires avec le cycle de découpe. 4. Consulter le manuel : Si le problème persiste sur une machine asservie, il se peut qu'un technicien de maintenance doive réajuster les paramètres d'asservissement de l'axe. |
Conclusion : Excellence technique
Maîtriser les enveloppement des flux est un voyage vers l'excellence technique. Il faut aller au-delà du simple fonctionnement pour parvenir à une compréhension profonde et fonctionnelle de l'ensemble du système.
La véritable compétence vient de l'harmonisation des principes de l'ingénierie mécaniquela science des matériaux et le contrôle des processus.
L'application de ces principes techniques se traduit directement par des résultats tangibles : amélioration de l'efficacité globale de l'équipement (OEE), réduction significative des déchets matériels et augmentation constante de l'efficacité de l'équipement (OEE). la qualité et l'emballage des produits l'intégrité.
- Packaging World - Première publication de l'industrie de l'emballage https://www.packworld.com/
- PMMI - Association pour les technologies d'emballage et de traitement https://www.pmmi.org/
- ProMach - Leader des solutions d'emballage souple https://www.promach.com/
- Stratégies d'emballage - Nouvelles et tendances de l'industrie https://www.packagingstrategies.com/
- Packaging Digest - Technologie et tendances de l'emballage https://www.packagingdigest.com/
- Packaging Europe - Innovation européenne en matière d'emballage https://packagingeurope.com/
- Association de l'emballage flexible (FPA) https://www.flexpack.org/
- Institut des professionnels de l'emballage (IoPP) https://www.iopp.org/
- Technologie et science de l'emballage - Wiley Journal https://onlinelibrary.wiley.com/journal/10991522
- ISA - Société internationale d'automatisation https://www.isa.org/
