GDX2包装机小盒钢印机构的改进
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企业技术开发２０１２年１２月
摘要：文章针对GDX2型硬盒卷烟包装机上的小盒钢印机构在生产过程中容易出现钢印号打印深浅不齐、字体模糊、字号错位等产品质量缺陷现象，在分析研究设备特点的基础上，将钢印号由多片圆盘可调式钢印改为单一固定式钢印，并根据固定式钢印的结构特点对钢印座进行了相应改进，该改进设计同时还提高了产品质量的稳定性并降低了材料消耗，提升了设备效率。关键词：GDX2机组；钢印；固定式；钢印座；设计中图分类号：TS43文献标识码：A文章编号：1006-8937（2012）34-0046-04
ImprovementforsteelsealmechanismofGDX2wrapper
ＬＩＡＯＨａｉ－ｋｕｏ
（ＣｈｉｎａＴｏｂａｃｃｏＧｕａｎｇｘｉＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣＯ．，ＬＴＤ．，ＬｉｕｚｈｏｕＣｉｇａｒｅｔｔｅＦａｃｔｏｒｙ，Ｌｉｕｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｘｉ５４５００６，Ｃｈｉｎａ）
Abstract:ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｉｓｓｕｅｓｍａｙａｐｐｅａｒｉｎｓｔｅｅｌｓｅａｌｏｎｃｉｇａｒｅｔｔｅｂｏｘｗｈｅｎｕｓｉｎｇＧＤＸ２ｗｒａｐｐｅｒｍａｃｈｉｎｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｕｎ－ｒｅｇｕｌａｒｄｅｐｔｈｉｎｓｔｅｅｌｓｅａｌ，ｂｌｕｒｏｒｍｉｓａｌｉｇｎｅｄｆｏｎｔｓ，ｂａｓｅｄｏｎａｎａｌｙｚｉｎｇｗｒａｐｐｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｓ，ｔｈｅｓｅａｌｎｕｍｂｅｒｉｓｃｈａｎｇｅｄｔｏｓｉｎｇｌｅ＆ｆｉｘｅｄｓｔｅｅｌｐｌａｔｅｆｒｏｍｍｕｌｔｉｐｌｅｒｏｕｎｄｓｔｅｅｌｐｉｅｃｅｓ．Ｔｈｅｎｅｗｄｅｓｉｇｎｉｓｐｒｏｖｅｄｔｏｈａｖｅｂｅｔｔｅｒｑｕａｌｉｔｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｉｔｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｃｏｎｓｕｍｉｎｇｏｆｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Keywords：ＳＧＤＸ２ｗｒａｐｐｅｒ；ｓｔｅｅｌｓｅａｌ；ｆｉｘｅｄｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ；ｄｅｓｉｇｎGDX2包装机小盒钢印机构的改进
廖海阔
（广西中烟柳州卷烟厂，广西柳州545006）
收稿日期：2012-09-26作者简介：廖海阔（１９７３—），男，广西象州人，大专，助理工程师，主要从事烟草机械包装设备的维护与技改工作。为了更好地跟踪产品质量，确保产品质量责任的可
追溯性，GDX2型硬盒卷烟包装机组生产的卷烟产品，在
小盒的底部都打印有钢印识别号码。在生产过程中，常
有钢印号打印深浅不齐、字体模糊、字号错位等现象产
生，造成产品质量缺陷。工厂对于有这种质量缺陷产品
的处理方法是报废，因此，造成大量的材料和人力消耗，
同时由此发生的设备维修过程也降低了设备的工作效
率。而随着市场竞争的不断深入，就必须发挥企业生产
优势，在节能降耗上做突破，在技术革新上闯新路。因
而，为了降低材料的消耗，提高产品质量及设备的效率，
需对小盒钢印机构进行相应的改进。
1现状分析
1.1小盒钢印机构的组成及工作原理
GDX2硬盒包装机组小盒钢印机构组成及工作过程
如图1所示。
如图1所示，GDX2硬盒包装机组小盒钢印机构分别
由钢印座、圆盘式钢印（共有若干件）、偏心轴、固定钩齿
（共有若干件）、弹簧钢片、压板、内六角螺钉和衬辊等组
成。
钢印座和衬辊一起旋转运动时将商标纸压住并向
前输送。圆盘钢印随钢印座运动至下方最低点时与商标纸接触，与对应的衬辊一起对商标纸进行打印。每一片
圆盘钢印在商标纸上打印出一个钢印号码，钢印号码的
深浅程度通过偏心轴来调整，偏心量为1mm。原小盒钢
印号码为6位，分别代表年、月、班别和机台，企业也可以
根据实际需要选定钢印位数。
生产中需要换号时，操作人员用专用工具拨动代表
班别的圆盘钢印至相应号码处即可完成换号，该机构的
特点是换号和调整简便。
1.2存在的问题
改进前的钢印机构虽然换号十分方便，但是经过一1.钢印座；2.圆盘式钢印；3.偏心轴；4.固定钩齿；5.弹簧钢片；6.压板；7.内六角螺钉；8.衬辊图1圆盘式钢印机构结构示意图企业技术开发TECHNOLOGICALDEVELOPMENTOFENTERPRISE第３１卷第３４期Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．３４２０１２年１２月Ｄｅｃ．２０１２第３１卷第３４期
定时间反复扳动换号后，商标纸容易出现钢印号打印深
浅不齐、字体模糊、字号错位等现象。
下表1统计了改进前车间使用的7套GDX2硬盒包装
机组2009年1月～4月发生的钢印类质量缺陷和成品烟损
失的数量。
数据来源：品质保障部数据表1改进前钢印类质量缺陷统计表（单位：件）质量缺陷发生次数1月2月3月4月钢印不齐571310钢印错位1581724钢印残缺5101210钢印模糊10121814质量缺陷类型
2009年1月～4月共造成185件成品烟的损失，平均每
个月46.25件。按每件成品烟材料费用约为300元计算：
300元/件×46.25件＝13875（元）
13875元÷7套=1982.14（元）
平均每个月每台设备造成材料消耗约1982.14元（造
成停机维修损失未计）。
1.3原因分析
在三班制生产中需更换班别号或其它号时，操作人
员用专用工具拨动相应的圆盘钢印至工作位置即可完
成。在实际生产中有以下几方面因素会产生钢印质量问
题：
①在拨动钢印号转动的过程中，钢印需克服弹簧钢
片的压力，并在脱离钩齿固定的过程中产生相互错动与
摩擦（见图2）。
图2钢印钩齿配合示意图
为了对每片圆盘钢印进行单独控制，弹簧钢片被制
成“梳子”状（见图3）。由于结构的限制，单一钢片只有
1.5mm宽，厚度0.8mm，截面小，抗疲劳强度比较差，不适
合频繁受力。而实际生产中，又必须经常扳动换号。因
此，弹簧钢片很容易产生疲劳导致弹性变小，甚至是塑
性变形，从而使钢印松动，产生钢印错位或深浅不均。
②钢印号与固定钩齿相互摩擦产生磨损间隙（如图
4），从而造成机构对钢印号的固定产生松动。
③部分钢印号使用的时间不一样（三班制中，代表班
别的钢印号比其他钢印号少使用两个班时），使得部分
字号磨损程度不一样，也形成每个钢印打印出来的效果
深浅不齐，产生如上所述的产品缺陷。④根据偏心小轴的结构特点和偏心调整范围相对于
钢印字体的圆弧长度，只能调整某一个点处于最高或最
低位置，而不是整个字体平行升降，因此，钢印存在深浅
不一的缺陷。并且偏心小轴也只能调节整组钢印的位
置，对单一钢印也无法调整。
2小盒钢印机构改进可行性分析及改进设计方案
2.1小盒钢印改进方案可行性分析
根据上述原因分析以及圆盘式钢印机构的工作原
理，可以判定形成钢印质量缺陷的主要原因是由于弹簧
钢片经过频繁扳动后弹性变小或失去弹性，以及钩齿磨
损有了间隙，再加上其中某些钢印号的使用时间不相同，
使得磨损程度不一样造成的。依据对应的原因可考虑以
下3种改进方案：
方案1：选用加厚的弹簧钢片。由于结构的限制，只
能选用加厚的弹簧钢片来增强它的抗疲劳性能。通过现
场选择试验，当选用厚度为1.5mm的弹簧钢片后，它就不
易变形。但是，在实验使用中发现，拨动换号操作很费
力，大大降低了操作的快捷性。而且，由于加厚的钢片使
得压力变大，钢印号与钩齿的摩擦力变大，加剧了钩齿
与钢印号的磨损。改进后仍存在钢印质量缺陷问题，因
此该方案不可行。
方案2：提高固定钩齿的硬度。为了减少钩齿的磨
损，参考钢印的硬度，适当提高钩齿硬度值。经现场试
验，钩齿磨损现象得到控制。但在试验中发现仍明显存
在弹性钢片失效、钢印号磨损不一现象，因此，该方案也
不可行。
方案3：改变钢印的固定模式，将所需的几位钢印号图4
钩齿磨损间隙示意图磨损间隙图3
弹簧钢片示意图11×1.5=16.5
31.51.513±0.1
4.7522.5
1×45°
0.8材料轧制方向两处
单位：mm廖海阔：ＧＤＸ２包装机小盒钢印机构的改进47企业技术开发２０１２年１２月
集中雕刻到一个固定式的钢印体上，使其成为一个有几
位固定号码的钢印。每班使用固定的钢印号，取代原有
的圆盘式钢印，用螺钉固定在钢印座上。在交接班时，将
上一班的钢印取下换上本班钢印。这样钢印的几个字号
磨损程度是完全一样的，不会产生钢印号深浅不齐、字
号错位的现象，维修调整和更换比较方便、快捷。通过现
场试验，该方案能够解决现存钢印质量缺陷。
但是，该方案需重新设计钢印体与钢印座。并且按三
班制每月需更换钢印体1次，钢印备件需求量比较大。以
下，对第三个方案进行成本预算。在试验阶段，每套钢印
座与3个钢印体（供三个班用）备件成本合计为1100元，
而单个钢印体零件费用约为100元，则每年每套设备月
平均钢印备件费用为：
（1100＋3×100×11）÷12＋3×100=666.67元＜1982.14元
式中，1100为初次费用，元；3为3个班；11为余下11个月；
12为一年月份数；3为备用件数。
通过对比，备件费用远低于改进前材料的平均损失费
用。因此，选择最后一种方案能够彻底解决钢印号质量
缺陷的问题。从而确定了固定式钢印机构的设计方向。
2.2改进设计方案
2.2.1改进设计原则
本次改进以现场实用型的局部改进设计为出发点，
因此，遵循以下原则：
①为保证改进后商标纸输送不受影响，钢印座的输
送压辊部分保持原有技术参数不变；
②设计的固定式钢印能够便于拆装而且不影响商
标纸的输送效果；
③为了确保产品质量的稳定性，钢印字体要保持原
有尺寸标准（长×宽×高=1.6mm×2.8mm×1mm）。
2.2.2固定式钢印机构的结构设计基准
根据改进设计的原则，固定式钢印机构的结构设计
基准，如图5所示，钢印座输送压辊与对应衬辊工作时
相切为结构设计基准。
图5
钢印座输送压辊与衬辊相切示意图
从图5可知，设计的固定式钢印需在两轮之间安装，
其垂直空间只有32mm。根据零件设计要便于拆装的原
则，以及钢印体的固定需要一定深度螺孔基座的条件，固定钢印体的垂直高度选择14mm为宜。另外，钢印座输送
压辊与衬辊的弹性橡胶环对应相切输送商标纸的时候，
小盒钢印体也应与衬辊中间部分相切才能打印出良好
的钢印效果，那么根据衬辊中间部分的直径可以确定固
定式钢印体的设计高度为：14.15mm，其中的0.15mm是
钢印字体高出钢印座输送压辊圆弧面的距离。
2.2.3钢印座的结构设计
根据《机械设计手册》对于零件接合面的要求，钢印
体与钢印座选择平面接合最为稳定。依据新设计固定式
钢印的高度尺寸，原钢印座的结构（见图6）不能适应固
定式钢印体安装的要求。因此，对钢印座进行了重新设
计（见图7）。钢印座大部分尺寸仍延用原有零件尺寸，只
需在直径为68mm实体上向中心方向6mm处加工出一个
平行于中心线的安装平面，工作平面宽度略宽于钢印体，
以方便钢印的安装。同时，保证装上钢印后其字体的圆
弧度与钢印座的最大外径相适应，以保证得到良好的打
印效果，并且工作平面垂直于钢印座的对称轴线，以保
证钢印在打印商标纸时在最高点位置。
图6
原钢印座零件示意图
图7
新设计钢印座零件示意图2.2.4固定式钢印的结构设计
根据钢印号打印时受力的需要以及拆装的便捷性，
将固定钢印号的主体设计成上部梯形下部为平台式的
结构（见图8），底面设计成平面利于安装定位。并且，在
固定钢印平台的对称中心设计出一个底宽为6mm，顶宽
为4mm的梯形突起，所需钢印字号刻在主体上。48
