压模和辊压成型设备介绍

压模成型设备利用模具对可塑性物料进行成型操作。制造饼干的面团是典型的可塑性物料。这类设备按成型原理分可为冲压型、辊压型、辊切型和塑压制粒型等。

一、冲压成型设备

制造饼干生坯用的冲印饼干成型机是典型的冲压成型设备。它主要由压片机构、冲印成型机构、拣分机构及输送带机构等构成。图10-1为冲印饼干机的外形图。

（一）压片机构

压片是饼干冲印成型的前道工序。压片机构用于将面团压延成致密连续、厚度均匀稳定、表面光滑整齐、无多余内应力的面带。此机构一般由通常称作头道辊、二道辊及三道辊的三对压辊组成。压辊直径和辊间间隙依次减小，各辊转速则依次增大。表10-1是国产冲印饼干机压辊的基本参数。

图10-1 冲印饼干机外形图

表10-1 国产冲印饼干机压辊参数

压辊参数变化反映了面带压制的工艺要求。面团进入辊压时的摩擦角必须大于导入角，故头道辊的直径较大。为了增加摩擦和减小压辊直径，一些饼干机的头道辊表面沿轴向开有沟槽。为减缓面带由于急剧变形而产生内应力的情况，辊压操作应逐级完成，所以压辊间隙需依次减小。为保证冲印成型机构得到连续均匀稳定的面带，要求面带在辊压过程中各处的流量相等，为此要求速度匹配恰当，否则会引起面带拉长或起皱。

（二）冲印成型机构

冲印成型机构主要由动作执行机构与印模等组成，是保证饼干外观质量和提高饼干机生产率的关键环节。

1.动作执行机构

动作执行机构可以分为间歇式与连续式两种。

间歇式机构是一套使印模实现直线冲印动作的曲柄滑块机构。冲印时，面坯输送带处于间歇停顿状态。配置这种机构的饼干机冲印速度较低，因而生产能力较小，否则会产生较大的惯性冲击和振动，造成面带厚薄不匀、边缘破裂等现象。

连续式机构即在冲印饼干时，印模随面坯输送带同步运动，完成同步摇摆冲印的动作，故也称摇摆式。采用这种机构的饼干机运行平稳，生产能力较高，饼干生坯的成型质量较好，便于与连续式烤炉配套组成饼干生产自动线。

2.印模机构

印模机构是饼干成型机的主要机构。有两种印模可供不同品种的饼干生产选用。一种是生产凹花有针孔韧性饼干的轻型印模；另一种是生产凸花无针孔酥性饼干的重型印模。苏打饼干印模属于轻型，不过通常只有针柱而无花纹。两种印模的结构基本相同，都是由若干组冲头、套筒、切刀、弹簧及推板等组成。图10-2为单组印模结构简图。

（三）拣分机构

冲印成型完成后，必须将饼坯与余料（或称头子）在面坯输送带的尾端分离开来。这种操作称为拣分，或称为头子分离。这种分离主要由余料输送带完成，即在成型后，由另一帆布输送带将余料面带拉开。该输送带都是倾斜设置的，倾角由面带的特性而定。韧性与苏打饼干面带结合力强，分离操作容易实现，其倾角可在40°以内。结合力很弱的酥性饼干面带，输送余料时极易断裂，因此倾角不能过大。通常仅为20°左右。为使两输送带在余料分离部位有一定距离，余料帆布带在此部位由不致使输送帆布损伤的扁铁刀口张紧。图10-3为余料分离部分的示意图。

图10-2 单组印模结构简图

图10-3 余料分离部分示意图

二、辊压成型设备

辊印式饼干成型机（简称辊印饼干机）主要适用于加工高油脂酥性饼干，该机更换印模辊后，通常还可以加工桃酥类糕点。

此类机型的印花成型、脱胚等操作，由执行成型脱模的辊筒通过转动一次完成，不产生边角余料，机构工作连续平稳，无冲击，振动噪声小，并省去了余料输送带，使得整机结构简单、紧凑、操作方便、成本较低。

辊印饼干机结构如图10-4所示，主要由成型脱模机构、生坯输送带、面屑接盘、传动系统及机架等组成。这种饼干成型机由于印模规格不同，体积变化较大，但主要构件及工作原理基本相同。

成型脱模机构是辊印饼干机的关键部件，它由喂料辊、印模辊、分离刮刀、帆布脱模带及橡胶脱模辊等组成。喂料辊与印模辊由齿轮驱动，作相向回转运动。橡胶脱模辊则借助于紧夹在两辊之间的帆布脱模带所产生的摩擦力而与脱模带同步运动。

喂料辊与印模辊尺寸相同，直径一般在200～300mm，长度由相匹配的烤炉宽度系列而定。饼干模在印模辊圆周表面的位置是交错排布的，这样，分离刮刀与其轴向接触面积比较均匀，可减少辊表面的磨损。橡胶脱模辊（又称底辊）表面的橡胶应有适当的弹性及硬度。钢质分离刮刀必须具有良好的刚度，刃口锋利，以免与印模辊产生接触变形，影响面屑的清理。帆布脱模带的两侧应保证周长相等，接口缝合处平整光滑，不得有明显的厚度变化，避免脱模带工作时跑偏，或产生阻滞现象。

图10-5为辊压成型原理图，喂料辊与印模在齿轮的驱动下相对运动，料斗内的酥性面料依靠自重以及辊子的楔紧力落入两辊表面的凹模之中，分离刮刀将凹模外多余的面料沿印模辊切线方向刮落到面屑接盘中，含有饼坯的凹模随着印模辊的旋转进入脱模阶段，此时橡胶脱模辊依靠自身形变将粗糙的帆布脱模带紧压在饼坯底面上，并使其接触面间产生的压力大于凹模光滑内表面与饼坯间的接触结合力，因此，生坯便顺利地从凹模中脱出，并由帆布脱模带转送至生坯输送带上。

图10-4 辊印饼干机结构简图

图10-5 辊印成型原理

喂料辊与印模辊的间隙可以通过移动喂料辊进行调节，以适应不同加工物料的性质。加工饼干的间隙一般为3～4mm，加工桃酥类糕点需作适当放大，以免出现反料现象。橡胶脱模辊对印模辊所施加的压力可以通过移动橡胶脱模辊进行调节，在保证能顺利脱模的前提下，应尽量减少这个压力，否则会产生成型饼坯后薄前厚的楔形现象，严重时甚至会在生坯后侧边缘产生薄片状面尾，影响产品质量。

三、辊切成型设备

辊切式饼干成型机（简称辊切饼干机）可用于加工苏打、韧性和酥性饼干等不同类型饼干。这种饼干机速度快、效率高、振动噪声低，是大型饼干厂广泛使用的高效能饼干生产机型。

辊切成型机兼有冲印和辊印成型机的特点，主要由印花辊压片机构、辊切成型机构、余料回头（拣分）机构、传动系统及机架等组成。其中压片机构、拣分机构与冲印饼干机的对应机构大致相同，只是在压片机构末道辊与辊切成型机构间设有一段缓冲输送带。辊切饼干机的操作步骤也类似于冲印饼干机，但是成型操作通过压辊回转来实现。

辊切成型机构如图10-6所示。具体成型原理如图10-7所示。面片经压片机构压延后，形成光滑、平整连续均匀的面带。为消除面带内的残余应力，避免成型后的饼坏收缩变形，通常在成型机构前设置一段缓冲输送带，适当的过量输送可使此处的面带形成一些均匀的波纹，这样可在面带恢复变形过程中，使其松弛的张力得到吸收。这种在短时的滞留过程中，使面带内应力得到部分恢复的作用称张弛作用。面带经张弛作用之后，进入辊切成型机构。辊切成型的印花和切断是分两个工序完成的，即面带首先经印花辊压印出花，随后再经同步转动的切块辊，切出带花纹的饼干生坯。位于两辊之下的大直径橡胶脱模辊借助干帆布脱模带，在印花和切块的过程中，起着弹性垫板脱模的作用。当面带经过辊切成型机构后，成型生坯由水平输送带送至烤炉，余料则经斜帆布带提起后，由回头输送带送回压片机构前端的料斗中。这种成型技术的关键在于要严格保证印花辊与切块辊的转动相位相同，速度同步，否则切出的饼干生坯外形与图案分布不能吻合。

图10-6 辊切成型机机构简图(www.xing528.com)

图10-7 辊切成型原理示意图

四、塑压制粒机械

上述几种压模机械设备，适用于较软坯料的成型。成型物的几何形状多为平片状，因此几乎都是应用在饼干成型的场合。对于三维尺寸相对较小且匀称的成型物，可称之为“粒”，这时的成型可以称为制粒操作。因此，像硬糖等的成型可以认为是制粒成型。

图10-8所示为一种硬糖成型机的外形图，主要由糖条辊、轮转头、成型模具、传动系统及机架构成。这种成型机结构简单、操作简便。生产能力每小时可达1t以上。利用不同规格，不同形状的糖模，可生产圆形、方形、长方形、腰围形等形状的硬糖。

硬糖成型原理如图10-9所示。来自拉条机的连续均匀的糖条被引入进糖辊，在进糖辊驱动下，糖条进入成型轮转头（成型糖模）与压糖辊之间。随着轮转头的转动，连续的糖条在压糖辊的挤压下，被迫进入成型糖模下面的凹腔内。轮转头继续转动，冲模在成型凸轮的推动下，将压入的糖块推进凹腔侧面的糖模之中，而后进一步冲印成型。最后由长杆冲模将成型的糖块从糖模另一侧推出，经卸糖斗，落入冷却工段。

图10-8 硬糖成型机外形

图10-9 硬糖成型原理

五、粉料直接压模成型设备

粉料体是固体粒子的集合体，有一定的空隙度，并有一定的流动性，而无一定的形状。粉料与少量液体混合，不会形成塑性体，但这种湿化了的粉体却可以借助于压缩作用，形成具有一定硬度的固体，这就是粉粒体直接压模造型的原理。

有些晶体粉粒体，在不加任何助剂的情况下，也可以通过压缩作用，形成一定形状的固形体。因此，有些食品可以不先制成软性的塑性体，而直接通过压缩作用造型。这样做具有简化工序等好处。例如，将通常的加湿混合捏合成型干燥步骤，缩短为加湿混合成型操作。显然，这种工序简化可节约场地、时间和能源。

利用这种方法造型的设备，也有冲压和辊压两种。冲压可以获得较集中的能量，因此可以获得较硬的粒子。最为典型的是制片机。辊压制粒设备，制取的粒子不如片粒那么硬，往往需要加入较多的促黏合介质。如此制成的粒子，除非在配方中加入适当的稳定剂（如降低水分活度的助剂或抑菌剂等），否则还需适当的后续干燥处理。

（一）压片机

压片机用于将颗粒物料冲压成圆形或异形的片状物，同时可在片剂的双面印制简单的文字或图案。压片机有单冲撞击式和多冲旋转式两种类型。

1.单冲压片机

图10-10所示为一种单冲压片机，它只有一副冲头模具，主要由转动轮、加料斗、模冲、调节（压力、片重、出片）器和喂料器等组成。最大压力约为40kN，生产能力约为30～50片/min。

冲模是压片机的基本部件，由上下冲头和模圈构成。冲摸的大小规定了片型的大小。冲头可以是平面加倒角的，也可以是有一定曲率的弧面，还可以在冲头上刻字或做上图纹，这样冲出的片剂也有图纹。冲头和模圈的形状可以是圆形的，也可以是方形的，不过后者的角一般都要做成弧形，以便于冲片。

压片机的工作过程可用图10-11加以说明。压片机周期性地依次产生下列动作：上冲上升，下冲下降，喂料器移至模圈上，将粉粒填满模孔；喂料器移开模圈，同时上冲下降加压，把颗粒压成片剂；上、下冲相继上升，下冲把片剂从模孔中顶出，至片剂下边与模圈齐平；喂料器移至模圈上面将片剂推出模台落入接收器中；同时下冲又下降，使模内又填满待压片的粉粒；如此反复压片、出片。

2.旋转式压片机

旋转式压片机的外形如图10-12所示，此种压片机是在单冲压片机基础上发展起来的，常见的有16、18、19、33、55冲等。这类压片机构造比较复杂，总体分三部分：动力部分、传动部分和工作部分。用电动机作动力，传动的第一级是皮带轮，第二级由蜗轮蜗杆带动压片机的机台旋转。工作部分包括：装冲头模的机台、压轮、片重调节器、加料斗、刮粉器、吸尘器和保持装置等。

图10-10 单冲压片机外形

图10-11 单冲压片机构

图10-12 旋转式压片机外形

旋转式压片机的压片过程（图10-13）可分为三阶段：①加料：下冲在加料斗下面时，粉粒填入模孔中，当下冲行至片重调节器的上面时略有上升，被刮粉器的最后一格刮平，将多余的粉粒推出；②压片：下冲至下压轮的上面，上冲行至上压轮的下面时，二者距离最小，这时模孔内粉粒受压成型；③推片：压片后，上下冲分别沿轨道上升，当下冲行至出片调节器的上方时，则将片推出模孔，经刮粉器推开导入盛器中，如此反复进行。

图10-13 旋转式压片机压片过程示意图

（二）旋转压模机械

粉粒体除了用制片方式造粒成型以外，还可以其他产生对粉体压缩的方式进行压模制粒。以下两种都是旋转式造粒机械。

1.对齿式制粒机

对齿式制粒机形似齿轮泵，结构如图10-14所示，主要成模机构是两个相向旋转的成模齿轮，其中一个齿轮的轮轴由弹簧顶向另一个齿轮。两齿轮的上方是锥形的带有螺旋体的进料槽。制粒时，由进料槽进入受弹簧顶压的两相对旋转齿轮间，所占的空间由大变小，粉体被压缩成粒。成型后粒子随着两齿轮的继续旋转，由下侧排出。

图10-14 对齿式制粒示意图

2.偏心压缩制粒机

偏心压缩制粒机的模具安装在一个转筒上，模孔可以是圆形的，也可以是方形的，模孔大小按产品规格而定。图10-15所示为一方糖成型机。运行时，砂糖靠重力作用落入转筒上方的模孔内，此时模孔的容积最大。当转筒转过90°时，由于偏心轮的作用，使模具压向模孔外，同时转筒外侧有一压紧块压住，使得模孔内的砂糖受到压缩。当再转过90°时，偏心轮的规定轨迹使得模具将已压缩成型的糖块顶出模孔，从而完成了一个压缩制粒的过程。落下的方糖块由输送带送出进行包装。

与方糖成型机类似的转筒桃酥成型机有如图10-16所示的结构。由图可见，这种成型机的压缩力来自与模具相配的弹簧和压紧凸轮，而脱模动作是由装在圆筒内的一个脱模凸轮转动而使模具外顶来实现的。

图10-15 方糖成型机示意图

图10-16 桃酥成型机工作示意图