Méthodes de découpe dans la production de carton
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Contenu:
- Types d'emballages en carton et en papier
- Types de découpe du papier et du carton
- Découpe à l'aide d'une lame de refendage
- Découpe par écrasement avec lame circulaire
- Découpe par cisaillement avec des lames circulaires
- Hachage
- Découpe sur rouleau Machine de refendage et de rembobinage
- Découpe numérique
- Découpe et rainurage
Les méthodes industrielles de découpe du carton, du papier et des emballages en carton font l'objet de ce livre blanc. L'accent sera mis sur les techniques de découpe et les couteaux utilisés dans la production de produits en papier et en carton.
Les emballages en papier, carton et carton ondulé constituent un type d'emballage moderne respectueux de l'environnement et occupent une position de leader parmi tous les types d'emballages. Les analyses du marché du papier et du carton montrent que le papier d'impression, le papier d'emballage et le carton sont les produits les plus fabriqués en série et connaissent une expansion continue dans le monde entier.
Selon le rapport « Paper Packaging Market - Growth, Trends, Covid-19 Impact, and Forecasts (2023 - 2028) » du cabinet d'analyse Mordor Intelligence, le marché mondial des emballages en papier et en carton représentera plus de 320 milliards de dollars en 2021 et devrait croître à un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 4 %. Ce rapport indique que les principaux facteurs qui stimulent la croissance du marché de l'emballage en papier et en carton sont la demande croissante de boîtes d'emballage en carton dans le secteur de la santé, la sensibilisation accrue à la durabilité des matériaux d'emballage, l'introduction d'emballages écologiques et l'utilisation croissante d'emballages à base de papier dans l'industrie alimentaire.
Les principaux fabricants opérant sur le marché de l'emballage en papier et en carton sont : Stora Enso, Smurfit Kappa, Svenska Cellulosa Aktiebolaget SCA, Cascades inc. DS Smith, Fedrigoni S.P.A., Atlantic Packaging, International Paper, Mondi, Nippon Paper Industries Co., Ltd., Amcor plc, METSÄ GROUP, Georgia-Pacific, Oji Holdings Corporation, Mayr-Melnhof Karton AG et bien d'autres.
Nous allons examiner de plus près le carton d'emballage, présenter ses différentes variétés et les méthodes de découpe utilisées dans sa production.
Types d'emballages en carton et en papier
Les emballages en carton et en papier peuvent être divisés en plusieurs catégories en fonction de leurs caractéristiques structurelles et du type de matériau utilisé : boîtes en carton ondulé, boîtes en carton solide collé, plateaux en carton, fûts et plateaux en carton, inserts en carton, sacs en papier, conteneurs en papier moulé, palettes en carton, conteneurs en carton, joints, tampons, séparateurs, etc.
Le carton peut être classé selon son application :
- Impression
- Carton d'emballage et de conteneur
- Design et intérieur
Type de carton | Description |
Papier et carton ondulé | Carton destiné à la fabrication d'emballages de consommation et de transport. Types : simple face, simple paroi (double face), double paroi, triple paroi. Les ondulations standard sont désignées par les lettres A, C, B, E et F, par ordre décroissant de pas et de hauteur des ondulations. |
Carton compact collé | Ce type de carton est un matériau multicouche, composé de deux ou plusieurs couches plates de carton collées ensemble. Il est principalement utilisé dans la fabrication de caisses, de grilles et de séparateurs. |
Papier et carton enduits de polymères | Le papier et le carton enduits de polymères sont des matériaux composites à base de cellulose constitués d'une base de papier ou de carton enduite de polymères synthétiques. Ces matériaux enduits sont utilisés pour l'emballage et la conservation des aliments, des produits techniques et de diverses substances chimiques, médicinales, etc. Types :
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Nous allons examiner de plus près le carton d'emballage, présenter ses différentes variétés et les méthodes de découpe utilisées dans sa production.
Types de découpe du papier et du carton
La découpe du carton est un service très demandé qui utilise des machines de découpe spéciales : des découpeuses et des refendeuses. On distingue quatre types de découpe à la lame : la découpe par écrasement avec une lame de refente (a) ; la découpe par écrasement avec une lame circulaire (b) ; la découpe par écrasement avec des lames plates (c) ; la découpe par cisaillement avec des lames circulaires (d).
Découpe du papier et du carton avec une lame de refente
La lame, se déplaçant vers le bas, coupe le papier ou le carton dans sa position inférieure dans le support. Le support est en bois dur, en caprone ou en matériaux spéciaux. Le matériau est séparé par la force du tranchant de la lame dans le plan de coupe. La force de coupe requise dépend de la hauteur et de la longueur de la coupe, du type de papier ou de carton et de l'angle d'affûtage de la lame.
La partie coupante de la lame est en acier au chrome-vanadium résistant à l'usure. L'angle d'affûtage de la lame est généralement de 19 à 22 degrés. Une lame plus tranchante (avec un angle d'affûtage plus faible) réduit la force de coupe nécessaire, mais le tranchant de la lame s'émousse ou se pique plus rapidement. Un tranchant plus émoussé (avec un angle d'affûtage plus important) nécessite une force de coupe plus importante, mais dure plus longtemps. Par conséquent, les lames avec un angle d'affûtage plus petit sont utilisées pour couper des matériaux tendres, et les lames avec un angle d'affûtage plus grand sont utilisées pour couper des matériaux durs.
La lame peut se déplacer verticalement, parallèlement ou selon un mouvement composé (en sabre). Le premier type de mouvement se caractérise par le déplacement vertical de la lame de coupe de haut en bas. Lorsque la lame entre en contact avec le matériau en bande, un impact se produit, qui dévie le matériau et fait atteindre à la force de coupe sa valeur maximale au début et à la fin du processus. Les raisons ci-dessus expliquent pourquoi ce type de mouvement de lame est rarement utilisé dans les machines à découper le papier modernes. Il est utilisé pour la découpe de papier et de carton en feuilles individuelles ou pour des matériaux particulièrement élastiques ou durs.
Dans un mouvement composé (sabre), la lame commence la coupe dans une position inclinée par rapport au plan horizontal de base. La lame coupe ensuite progressivement le matériau, réduisant ainsi l'angle d'inclinaison. Ce n'est qu'à la fin de la course que la lame revient en position horizontale. L'angle d'inclinaison de la lame au début du processus est de 1 à 40 degrés. Une pénétration en douceur du matériau, une force de coupe réduite et une coupe précise et nette sont les avantages de ce mouvement de lame. Toutes les machines à découper le papier modernes sont équipées d'un mouvement de lame sabre, qui est universellement applicable pour la découpe de piles de papier. Afin d'éviter que la pile de papier ne se plie et ne se déplace pendant la découpe, une poutre de pression est utilisée.
Découpe de papier et de carton avec une lame circulaire
Ce processus de découpe est effectué par une lame circulaire affûtée sur un arbre de support spécial. La lame circulaire est entraînée en rotation par la friction entre la lame et la bande en mouvement à découper. Le rayon de la lame circulaire dépend de l'épaisseur du matériau à couper et de l'angle de la lame par rapport au plan du matériau. Cet angle ne dépasse pas 150 degrés. Ce type de découpe est principalement utilisé pour les matériaux monocouches et également dans certains types de machines à refendre.
Découpe de papier et de carton avec des lames circulaires
Le mouvement rotatif de la lame assure simultanément la coupe et le déplacement de la bande. Avec une alimentation continue du matériau, la force de frottement augmente par rapport à la coupe avec des lames plates.
Des lames bombées sont utilisées pour ce type de coupe. L'angle d'affûtage de la lame supérieure influe sur la qualité de coupe du matériau et les propriétés de résistance des lames. En théorie, en fonction de la dureté de l'acier, l'angle de coupe doit être aussi élevé que possible (proche de 87 degrés). Dans la pratique, et afin de réduire la force de frottement, il est préférable de maintenir l'angle de coupe proche de 50 degrés. Si l'angle de coupe dépasse 50 degrés, une usure excessive de la lame ou un écaillage du tranchant se produira. Il faut veiller en permanence à affûter les lames en temps voulu, car en plus du mouvement rotatif, les couteaux peuvent également heurter leurs côtés et s'émousser prématurément. Les couteaux circulaires rotatifs, qui fonctionnent selon le principe des ciseaux, sont largement utilisés dans les machines à découper et à refendre le papier
Découpe du papier et du carton par hachage
Ce type particulier de découpe est réalisé par l'impact d'une lame. Il est utilisé dans la production d'emballages en papier souple (sacs en papier, sacs, boîtes, etc.). La bande de papier est coupée entre une lame dentée et une lame lisse, qui sont décalées d'une petite distance. Il en résulte une coupe ondulée ou irrégulière de la bande.
Découpe du papier et du carton sur une machine à refendre et à rebobiner les rouleaux
Ces dernières années, la demande de découpeuses-rebobineuses de rouleaux de papier a augmenté en raison du développement rapide de l'industrie de l'emballage, des étiquettes et des emballages plastiques souples.
Les découpeuses-rebobineuses sont utilisées pour la découpe longitudinale du papier et du carton. La nécessité de disposer de rouleaux de différentes tailles (de 8-10 mm à 1 m et plus) avec des densités de matériaux différentes, du papier fin au carton de densité moyenne, a conduit à la création de machines de découpe de différentes conceptions et capacités. Les machines de découpe pour bobines appartiennent à la catégorie des machines à grande vitesse avec une vitesse de coupe pouvant atteindre 200 mètres par minute.
La découpe du papier et du carton en bobines comprend les étapes suivantes : les bobines de papier ou de carton sont fixées et placées sur un support de déroulement équipé d'un dispositif permettant de régler la position de la bobine. Les couteaux inférieurs sont positionnés à des intervalles égaux à la largeur spécifiée de la bande de papier. Ensuite, les couteaux supérieurs sont montés près des couteaux inférieurs et la bande de papier est amenée vers la section de coupe et d'enroulement de la machine. Afin de garantir une bonne tension de la bande de papier, un dispositif de freinage est pressé sur le support. Une fois que la largeur de la bobine a été vérifiée et que la machine est prête à démarrer, celle-ci est mise en marche à la vitesse la plus basse, puis progressivement augmentée. L'outil de coupe des enrouleurs se compose de lames supérieures et inférieures montées sur deux arbres parallèles. Les lames fonctionnent comme une cisaille rotative. Les lames supérieures sont circulaires et les lames inférieures sont en forme de disque. L'ajustement serré des lames en position de travail est assuré par des amortisseurs sous forme d'anneaux élastiques en spirale sur les lames supérieures.
L'une des conditions les plus importantes pour produire des bobines de qualité est un enroulement serré. Un rouleau bien enroulé est rigide, résiste bien au transport et se déroule sans à-coups (sans secousses) lorsqu'il est réutilisé. Pour y parvenir, la plupart des découpeuses et des rebobineuses sont équipées de rouleaux de pression qui enroulent le papier très serré. Compte tenu de la vitesse élevée des machines de refendage et de la nécessité fréquente de couper des bandes étroites et fragiles, la plupart de ces machines sont équipées de variateurs de vitesse permettant d'augmenter progressivement et en douceur la vitesse de la machine.
Découpe au traceur de carton ondulé
Les machines de découpe numériques sont suffisamment précises pour traiter le carton avec une grande qualité. La découpe au traceur du carton ondulé sur des machines de découpe numériques permet une utilisation économique du matériau pour traiter des produits avec une grande précision. Les couteaux du traceur de découpe laissent une marque régulière sans déformation. La machine peut découper d'une feuille à plusieurs dizaines, ce qui permet la création et la conception de produits personnalisés.
Pour produire du carton ondulé durable, les méthodes suivantes sont utilisées :
- La découpe à l'aide d'un traceur CNC s'effectue perpendiculairement aux cannelures. Pendant le traitement, les propriétés amortissantes du produit sont mises en évidence. La faible rigidité de l'ondulation permet la fabrication d'éléments décoratifs.
- Découpe avec un cutter traceur le long des cannelures. Cela a un effet positif sur la résistance, car les nervures de rigidification ne sont pas endommagées pendant le traitement. En fonction du nombre de couches, le carton ondulé est utilisé pour fabriquer des supports ou des boîtes pour le transport de marchandises.
Le carton est découpé à l'aide de couteaux de traceur tranchants montés dans une machine à traceur CNC. Contrairement à la méthode de traitement mécanique, la machine effectue une découpe de contour en fonction des paramètres définis. Le logiciel permet à l'utilisateur de contrôler la qualité et la profondeur de la découpe. Les feuilles de carton ondulé obtiennent ainsi une découpe nette, sans brûlure ni déchirure des bords. La précision de la découpe des panneaux est obtenue grâce à la fixation sous vide du matériau.
Le logiciel et la possibilité de définir les dimensions exactes de la découpe permettent d'obtenir des formes de toute complexité. Cette technologie de découpe est adaptée à la production d'emballages, d'étagères, de figures grandes et petites, de constructions 3D et de palettes.
Découpe et rainurage du carton
La découpe à l'emporte-pièce est le processus qui consiste à découper un produit dans une feuille de carton à l'aide de couteaux profilés d'une certaine configuration. Cette méthode de découpe est utilisée sur des découpeuses à l'emporte-pièce pour produire des étiquettes, des boîtes en carton, des emballages en carton ondulé et d'autres emballages. Le processus de poinçonnage, à l'aide d'une découpeuse à l'emporte-pièce, permet de découper une forme dans l'emballage ou le produit imprimé. Les presses à estamper sont utilisées pour découper le contour extérieur du carton, du papier ou du plastique. La découpe à l'emporte-pièce peut être effectuée sur des découpeuses rotatives ou sur des feuilles individuelles de carton à l'aide d'une matrice plate.
Cette méthode est couramment utilisée pour la fabrication de boîtes en carton ou d'emballages, où il est nécessaire de découper des formes complexes et des lignes de pliage.
Les options courantes de découpe à l'emporte-pièce sont la découpe à l'emporte-pièce à lame en acier, les matrices composites, la découpe à l'emporte-pièce rotative, la découpe à l'emporte-pièce sur presse rotative, le refendage et la découpe par effleurement.
Outre la découpe, il existe également d'autres procédés tels que
- Rainurage : au lieu de découper complètement le matériau, le rainurage laisse une empreinte ou une découpe partielle à un seul point de tension.
- Le rainage : similaire au rainage, la matrice crée un pli dans le matériau d'emballage. Contrairement au rainage, le rainage permet au matériau de se plier vers l'intérieur grâce à deux points de tension parallèles. La présence de deux points de tension confère une plus grande flexibilité au matériau.
- Perforation : la perforation consiste à poinçonner une ligne de trous sur toute la longueur du matériau à découper. Le motif peut être facilement séparé le long des lignes perforées plutôt que d'être séparé du matériau lui-même.
FAQ
Q: Quels types de couteaux sont le plus souvent utilisés pour couper le carton ?
R: Les couteaux plats, les lames de refente et les couteaux circulaires rotatifs sont utilisés selon le matériau et la méthode de coupe. Le choix dépend du type de carton et du type de travail souhaité, qu’il s’agisse de refente, de cisaillement, de découpe ou de découpe à la forme.
Q: Quand utiliser une lame de refente plutôt qu’un couteau rotatif ?
R: Les lames de refente conviennent aux coupes droites et continues sur des cartons simples. Les couteaux rotatifs ou circulaires à cisaillement offrent une coupe plus régulière et plus maîtrisée pour les cartons plus épais, laminés ou revêtus.
Q: Comment l’angle d’affûtage influence-t-il la performance de coupe et la durée de vie des lames ?
R: Un angle d’affûtage plus petit crée un tranchant plus fin, ce qui demande moins d’effort de coupe et donne une coupe nette, mais la lame s’émousse plus rapidement. Un angle plus large rend la lame plus durable mais nécessite plus de pression et peut légèrement déformer le bord du carton.
Q: Quel mouvement de coupe donne le meilleur résultat sur le carton ?
R: Le mouvement de cisaillement ou de coupe rotative est en général le plus efficace. Contrairement à une coupe verticale qui peut écraser ou déchirer les fibres, le cisaillement tranche le matériau de façon fluide et régulière, ce qui réduit la déformation et les défauts de bord.
Q: Que se passe-t-il si la lame est trop affûtée ou trop émoussée ?
R: Une lame trop affûtée s’use rapidement ou s’ébrèche, ce qui provoque des bords irréguliers. Une lame émoussée crée de la friction et de la pression, ce qui peut écraser ou délaminer le carton au lieu de le couper proprement.
Q: Comment choisir la meilleure méthode de coupe selon le type de carton ?
R: Les cartons fins ou simples se coupent efficacement avec des lames droites ou de refente. Pour les matériaux multicouches, laminés ou revêtus, les couteaux rotatifs à cisaillement donnent des bords plus nets et une qualité plus régulière.
Q: Quelles pratiques d’entretien permettent de conserver une bonne qualité de coupe ?
R: Il est important d’inspecter régulièrement les lames, de les nettoyer soigneusement et de les affûter ou remplacer dès les premiers signes d’usure. Vérifiez aussi l’alignement, les porte-lames et le mouvement de coupe pour garder une précision constante.
Q: À quelle fréquence faut-il inspecter ou remplacer les couteaux ?
R: Cela dépend de la vitesse de production, du type de matériau et de son abrasivité. Les couteaux doivent être contrôlés fréquemment afin de détecter tout émoussage, éclat ou dépôt et ainsi garantir une coupe régulière et efficace.
