Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
doc

Курсовая «Накат краски на печатную форму» по Технологии печатных процессов (Абрамов П. В.)

3.4. Накат краски на печатную форму

Краска, должным образом подготовленная в процессе ее раската, поступает на накатные валики и наносится ими на печатную форму. Эта операция называется накатом краски. С технологической точки зрения она наиболее важна, так как существенно влияет на качество оттиска. Накат краски на печатную форму связан со многими явлениями, рассмотренными нами ранее.

Вместе с тем при анализе операции наката краски на печатную форму важное значение приобретает и ряд новых, не встречавшихся нам прежде факторов. Это — соотношение длины окружности каждого и всей совокупности накатных валиков и длины печатной формы в направлении ее поступательного движения (в плоскопечатных машинах) и вращения (в ротационных машинах). Сюда относятся также толщина слоя краски на накатных валиках перед нанесением ее на форму, характер печатной формы, в частности взаимное расположение печатающих и пробельных элементов. Важное значение имеет и такой фактор, как конструкция формонесущей поверхности.

Наиболее правильная передача линейных размеров и оптических плотностей изображения на оттиске может быть достигнута только при условии получения на нем достаточно однородного

красочного слоя технологически необходимой толщины. Поскольку запечатываемый материал является при восприятии краски с макроскопической точки зрения гомогенным, необходимые параметры красочного слоя будут обеспечиваться только равномерным накатом краски на печатную форму (речь здесь идет о равномерности наката с учетом местной и общей регулировки подачи краски, в соответствии с которой слой краски приобретает равномерную толщину или по всей форме в целом, или в пределах тех или иных ее участков различной площади). Равномерному накату краски на форму препятствуют, однако, разного рода технологические помехи, обусловленные, в частности, влиянием -температуры краски и окружающего воздуха, изменением условий испарения увлажняющего раствора в офсетной печати, нестабильностью подачи краски краскопитающей группой и нестабильным «отводом» ее на печатную форму, связанным с тем, что краска переходит на печатающие элементы формы, сочетание размеров и конфигурации которых в полосе контакта изменяется в пределах цикла, и т. п. В результате этого в реальных условиях печатания на оттиске неизбежно возникают местные изменения толщины красочного слоя, проявляющиеся в различных формах, но всегда ухудшающие качество изображения. Помехи, возникающие при накате краски на форму (и обязательно в той или иной степени, воспроизводимые на запечатываемом материале), также необходимо учитывать и по возможности сводить к минимуму их влияние.

Накат краски на форму может характеризоваться некоторыми количественными показателями, приводимыми ниже.

Коэффициент переноса краски определяет пропорцию, в которой краска передается с красконесущей на красковоспринимающую поверхность. В печатном процессе понятие красконесущая поверхность в буквальном смысле приложимо только к дукторному валу, периодически или непрерывно выводящему нормированный по толщине слой краски из красочного ящика (см. выше), тогда как красковоспринимающей поверхностью в полном смысле этого слова является только запечатываемый материал. Все же остальные рабочие поверхности (валиков и цилиндров красочного аппарата, включая накатные валики, печатной формы, декеля в машинах офсетной печати) попеременно и последовательно выполняют функции красковоспринимающей и красконесущей поверхностей, воспринимая краску от элемента, находящегося пространственно ближе к дукторному валу, и передавая ее элементу, располагающемуся ближе к запечатываемому материалу. Доля переносимой краски во всех случаях (за исключением переноса краски с формы на запечатываемый материал — см. главу 5) рассчитывается по отношению к суммарному количеству (или толщине слоя) краски, находящейся на красконесущей и красковоспринимающей поверхностях (см. рис. 3.2).

Применительно к обозначениям, использованным нами в 3.1, коэффициент переноса краски с одной поверхности на другую (в том числе и между накатным валиком и печатной формой) может быть рассчитан по формуле

9)

Отсюда вытекает, что при расщеплении слоя краски между двумя поверхностями поровну К,пер = 50%.

Коэффициент использования окружности формного цилиндра определяется как отношение длины изображения (формы) lн к длине окружности формного цилиндра (без печатной формы) диаметром D.

(3.10)

Этот показатель является одним из факторов, определяющих расход краски в процессе печатания за каждый оборот формного цилиндра.

Амплитуда толщины слоя краски на форме. Неполное использование длины окружности формного цилиндра является следствием как конструктивных, так и чисто технологических причин. Оно может быть связано с наличием промежутков между стереотипами, располагающимися по окружности цилиндра машины высокой печати, а также пазов и устройств разного рода, предназначенных для закрепления гибких формных пластин в машинах офсетной, а иногда и высокой печати. В ряде моделей листовых ротационных машин высокой печати 25 — 30% площади поверхности формного цилиндра отводится под раскатную плиту. Эти нерабочие участки формного цилиндра, а также пробельные элементы самой печатной формы оказывают дестабилизирующее (возмущающее) воздействие на процесс наката краски, которое может проявляться как в пределах полного оборота формного цилиндра, так и в границах каждого нового оборота накатного валика (рис. 3.11).

На участке поверхности накатного валика 1, контактирующем с непечатающим участком 3 формного цилиндра 2 (рис. 3.11,а), слой краски сохраняется неизменным до тех пор, пока он не перейдет на участок 4 формы при следующем обороте валика. Поэтому на участке 4 образуется некоторый избыток краски по сравнению со смежными участками формы. Одновременно в пределах каждого оборота накатного валика толщина слоя краски на форме по мере вращения формного цилиндра постепенно уменьшается, так как оставшаяся на валике часть слоя краски последовательно расщепляется между поверхностями валика и печатной формы. Следовательно, толщина слоя краски на клапанном (начальном) участке формы оказывается несколько больше по сравнению с толщиной на участке, прилегающем к противоположному ее краю (рис. 3.11,6).

Количество местных утолщений (типа 4) будет зависеть от соотношения длин окружностей формного цилиндра и накатного валика. Показанные на рис. 3.116 два утолщения такого рода соответствуют случаю, когда в пределах рабочей дуги формного цилиндра накатной валик совершает два оборота. При этом если первое утолщение 4 является результатом воздействия непечатающего участка 3, то утолщение 4' обязано своим происхождением утолщению 4, поскольку именно в этом месте произойдет повторное расщепление остатка утолщенного слоя краски после очередного полного оборота накатного валика.

В качестве одного из параметров, позволяющих характеризовать неравномерность наката краски, как раз и может быть использована амплитуда толщины слоя краски на форме Ahф, определяемая следующим образом:

(3.1)

Рис. 3.11. Распределение слоя краски на накатном валике и формном цилиндре в связи с наличием на формном цилиндре непечатающего участка при накате краски на форму одним валиком

где hфmin, hфmax, hфeр, — соответственно максимальная, минимальная и средняя толщина слоя краски на форме в пределах одного оборота формного цилиндра.

Более или менее заметные утолщения слоя краски на форме могут обусловливаться наличием любых нерабочих участков на формном цилиндре и на печатной форме. Значительные утолщения могут проявляться на оттиске в виде поперечных полос (следа валика). Для характеристики значимости отклонений такого рода вводится еще один специальный параметр. Шаг толщины слоя краски на форме — отношение максимального значения местного изменения толщины слоя краски на форме к средней его толщине на форме. Здесь имеется в виду именно максимальное, а не промежуточное приращение толщины слоя краски по отношению к заданной, или технологически необходимой, толщине слоя на данном участке формы в пределах одного оборота накатного валика.

Шаг толщины слоя краски на форме Shф вычисляется по формуле:

(3.12)

Коэффициент подачи краски. В машинах высокой и офсетной печати чаще всего используются 3 или 4 накатных валика, которые в соответствии с выполняемыми ими функциями могут быть разделены на две группы (рис. 3.12).

Рис. 3.12. Накатная группа красочного аппарата ротационной машины, состоящая из четырех валиков

Накатные валики I и II, первыми входящие в контакт с печатной формой при вращении формного цилиндра, образуют так называемую краскоподающую группу A, наносящую на печатную форму основное количество краски. Группа валиков III — IV (Б) носит название краскоразравнивающей. Эти валики, также подавая на форму некоторое (но меньшее, чем валики группы A) количество краски, одновременно раскатывают ее по поверхности печатной формы равномерным слоем требуемой толщины, как бы заполняя впадины и «срезая» выступы, находившиеся в пределах слоя краски, нанесенного на форму валиками группы A .

Отношение количества краски, поступившего на форму от накатных валиков группы A — qфА, ко всему количеству краски, переданному на форму за один цикл (включая и краску, поступившую на форму от валиков группы Б, т. е. qфБ), называется коэффициентом подачи краски. Формула для расчета этого коэффициента имеет вид:

(3.13)

Результаты прямых измерений толщины красочного слоя на форме в условиях реального печатного процесса позволили экспериментально подтвердить положения, касающиеся непостоянства толщины слоя, а также выявить влияние, оказываемое рассмотренными нами факторами на процесс наката краски. Рисунки 3.13—3.16 в графической форме иллюстрируют зависимость равномерности наката краски от ряда непосредственно связанных с этим параметров.

Если коэффициент использования окружности формного цилиндра L = 100%, т. е. печатная форма занимает всю поверхность цилиндра, влияние непечатающих участков (типа участка 3 на рис. 3.11) на равномерность наката краски будет практически исключено и величина амплитуды и шага толщины слоя краски на форме как параметров, характеризующих местные утолщения слоя, становится минимальной. Однако в реальных условиях Ь всегда меньше 100%, и значение показателей неравномерности слоя краски на форме отличается от нуля. Зависимость амплитуды и шага толщины слоя краски на форме от коэффициента использования окружности формного цилиндра представлена на рис. 3.13.

Рис. 3.13. Влияние коэффициента использования окружности формного цилиндра на амплитуду (кривая 1) и шаг (кривая 2) толщины слоя краски на форме

Из графика следует, что наиболее чувствительной к наличию и величине непечатающих участков формы оказывается амплитуда толщины слоя краски на форме как параметр, характеризующий распределение краски в масштабах полного оборота формного цилиндра. Ее величина достигает максимума при 60 — 70%-ном значении L, т. е. когда доля непечатающих участков становится особенно значительной. Шаг толщины слоя краски на форме как показатель, отражающий локализованное (но достаточно заметное) колебание толщины слоя краски в границах одного оборота накатного'валика, оказывается при изменении величины L, более стабильным, проявляя некоторые отклонения лишь при слишком малых и, наоборот, близких к максимальным значениях L. При этом и Ahф, и Shф оказываются существенно зависимыми от схемы расположения накатных валиков и их диаметров.

Раскатная группа красочного аппарата, как указывалось выше, состоит из металлических цилиндров и валиков, имеющих эластичную облицовку, которые располагаются попеременно в контакте друг с другом. Если обозначить коэффициент переноса краски с цилиндра на валик через , а с валика на цилиндр (имея в виду, что ), то взаимосвязь коэффициента переноса краски с амплитудой и шагом толщины слоя краски на форме может быть представлена следующим образом (рис. 3.14).

Рис. 3.14. Влияние коэффициента переноса краски между валиками и цилиндрами раскатной группы красочного аппарата на амплитуду (кривая 1) и шаг (кривая 2) толщины слоя краски на форме

Из. кривых 1 я 2 следует, что и амплитуда, и шаг толщины слоя краски на форме уменьшаются (т. е. становятся более приемлемыми с точки зрения влияния на качество печатания) по мере уменьшения.коэффициента переноса. С этой точки зрения целесообразно (как это во многих случаях и делается на практике ) покрывать поверхность металлических цилиндров материалом, , имеющим высокое сродство с печатной краской.

Из графика следует, что наиболее чувствительной к наличию и величине непечатающих участков формы оказывается амплитуда толщины слоя краски на форме как параметр, характеризующий распределение краски в масштабах полного оборотаю

Приведенные зависимости остаются справедливыми и применительно к переносу краски с цилиндров на валики накатной группы красочного аппарата.

Однако наиболее важное значение с точки зрения обеспечения равномерного наката краски имеет переход краски с накатного валика на печатную форму. Зависимость, характеризующая эту стадию, имеет следующий вид (рис. 3.15, где — коэффициент переноса краски с валика на форму). Будучи близкой по своему характеру зависимости, представленной на рис. 3.14, она вместе с тем отличается от нее, во-первых, более высокими относительными величинами колебаний толщины слоя краски на форме и, во-вторых, более резким увеличением этой неравномерности при значениях коэффициента переноса, превышающих 50%, т. е. тогда, когда на форму переходит более половины количества краски, находящегося на накатном валике.

Это значит, что появление на оттисках таких искажений, как следы валиков или нерегулярные изменения плотности, более вероятно при печатании со сплошных или высоколиниатурных растровых форм, воспринимающих с накатных валиков больше краски, чем с чисто текстовых или смешанных форм, содержащих иллюстрации, воспроизводимые с использованием растра невысокой линиатуры.

Рис. 3.15. Влияние перехода краски с накатного валика на формный цилиндр на амплитуду (кривая 1) и шаг (кривая 2) толщины слоя краски на форме

Рис. 3.16. Влияние коэффициента подачи краски на амплитуду (а) и шаг (б) толщины слоя краски на форме

На равномерность наката краски, наряду с другими факторами, оказывает влияние и коэффициент подачи краски. Из опыта известно, что лучшие оттиски получаются при большем поступлении краски на печатную форму через валики группы А (см. рис. 3.12). Зависимость между коэффициентом подачи краски и показателями неравномерности ее слоя на печатной форме представлена на рис. 3.16.

Достаточно широкие заштрихованные области на обоих графиках свидетельствуют о том, что даже при одинаковых величинах коэффициента подачи R значения амплитуды и шага толщины слоя краски, т. е. показатели неравномерности наката краски, для печатных машин разных моделей существенно различны. Однако это определяется не только и не столько конструкциеи красочного аппарата и числом накатных валиков, но и другими особенностями работы печатной машины: общим количеством краски, накатываемым на форму, материалом и конфигурацией формы, скоростью наката краски и т. п. В общем же, при увеличении доли краски, подаваемой на печатную форму валиками группы А, оба показателя проявляют тенденцию к снижению и тем самым к увеличению равномерности наката краски.

На равномерность наката краски несомненное воздействие оказывают также практически все факторы, сопровождающие процесс раската краски (см. 3.3).

Как следует из предыдущего, равномерность и постоянство толщины слоя краски, накатываемого на печатную форму, существенно зависят от конструкции красочного аппарата, прежде всего от количества, геометрических размеров и деформационных свойств его элементов, а также количества контактных зон. (Эта сторона вопроса, как отмечалось выше, получила детальную разработку в трудах Г. А. Алексеева и ряда других специалистов.) Вместе с тем в одном и том же красочном аппарате многозвенного многовалкового типа краска перемещается по различным траекториям (рис. 3.17), а валики накатной группы, как было отмечено, выполняют различные функции. В связи с этим в красочных аппаратах выделяется так называемый основной поток краски, т. е. траектория перемещения, оказывающая главное воздействие на процесс наката ее на печатную форму.

Основной поток—это такая траектория движения краски, в красочном аппарате многовалкового типа, по которой обеспечивается подача на печатную форму наибольшего количества краски. Это — близкий к наикратчайшему путь краски от дукторного вала к печатной форме.

Oднако действительное распределение краски на валиках и цилиндрах красочного аппарата, в том числе и накатных валиках, важное для достоверной оценки количества кратки, поступающей на форму по каждой из линий передачи, имеет довольно сложный характер, и точное представление о нем может быть получено только посредством математического моделирования при проектировании и расчете красочных аппаратов или прямого измерения при их эксплуатации (методика проведения измерений такого рода отработана во многих вариантах и излагается в специальной литературе).

Понятие основного потока важно в данном случае потому, что соответствующие экспериментальные исследования и теоретический анализ (выполненные в ФРГ Г.Рехом) выявили возможность использовать основной поток как один из путей стабильного уменьшения неравномерности наката краски на печатную форму. Было установлено, что наиболее сглаженная характеристика распределения толщин слоя краски на печатной форме (независимо от доли площади, занятой печатающими элементами) достигается в тех случаях, когда основной поток краски проходит через краскоподающую группу накатных валиков красочного аппарата (А на рис. 3.12), т. е. когда коэффициент подачи краски R имеет достаточно большую величину. С этой точки зрения более предпочтительными, по мнению Г. Реха, являются красочные аппараты с развитой краскоподающей группой, чем красочные аппараты с более «перетяжеленной» краскоразравнивающей системой валиков. Г. Рехом были проведены также сравнительные исследования равномерности наката краски на форму при условии непрерывной и прерывистой, (периодической) подачи ее в раскатную группу красочного аппарата. Основное различие между обоими вариантами подачи краски связано с тем, что прерывистая подача краски сопровождается образованием на передаточном валике утолщенной (так называемой первичной) полосы краски, тогда как при непрерывной подаче толщина слоя краски по окружности передаточного валика остается неизменной.

Рис. 3.17. Схема потока краски в разветвленных линиях передачи (по терминологии Г. А. Алексеева). Сплошной линией показан основной поток краски, штрихпунктирной — дополнительный поток краски

Эти исследования наглядно подтвердили, что непрерывная подача краски в раскатную систему, характерная для красочных аппаратов пленочного типа (см. 3.1), уменьшает нерегулярный разброс толщин слоя краски на различных участках формы и тем самым имеет преимущества перед прерывистой ее подачей. К тому же красочные аппараты с непрерывной подачей краски обеспечивают примерно вдвое меньшее время переходного процесса, в течение которого достигается стабильный накат краски как после запуска машины, так и после регулировки подачи краски, что важно с точки зрения уменьшения непроизводительного расходования материальных и энергетических ресурсов (см. 3.5).

Одной из причин, которая может существенно ухудшать качество раската и наката краски и качество печатной продукции, является более или менее значительный местный рельеф слоя краски, образующийся на накатных валиках и являющийся результатом отбора краски только печатающими элементами форм высокой и офсетной печати. Образование подобного рельефа может явиться причиной двоения изображения, т. е. образования на оттиске — в результате последовательного (через форму) переноса с накатных валиков «негативного изображения» — дополнительного узора в виде полос, повторяющих контуры изображения.

Рис. 3.18. Схема печатной секции рулонной офсетной ротационной машины с дополнительными валиками для разравнивания краски:

1—раскатной цилиндр красочного аппарата; 2—накатные валики;

3—разравнивающие группы; 4—формный цилиндр; 5—офсетный цилиндр;

6—бумажное полотно; 7—печатный цилиндр; 8—увлажняющий аппарат

Это наиболее характерно для офсетной печати, и с этой точки зрения устранение разнотолщинности слоя краски на накатных валиках приобретает особенно важное значение. Само «негативное изображение» не всегда имеет достаточно четкие границы, особенно при большом напластовании краски на накатных валиках, что создает дополнительные препятствия для нормального восприятия краски печатной формой и, в свою очередь, способствует возникновению дефектов, связанных с непропечаткой изображения.

Эффективность сглаживания рельефа слоя краски на накатных валиках можно существенно повысить, если ввести каждый накатной валик (или некоторые из них) во взаимодействие с одним или несколькими дополнительными цилиндрами и валиками, не

связанными с транспортировкой краски и располагающимися между зонами контакта накатного валика с раскатным цилиндром и печатной формой (рис. 3.18). Степень неравномерности толщины слоя краски в красочных аппаратах, оснащенных подобными разравнивающими группами, почти на порядок ниже, чем в наилучших красочных аппаратах обычного типа.

3.5. Переходные процессы в красочных аппаратах машин высокой и офсетной печати

В начале печатания тиража или после выполнения регулировок красочного аппарата, а также после вынужденных остановок машины количество краски в красочном аппарате постепенно меняется, при этом одновременно изменяется и толщина слоя краски, переносимого на запечатываемый материал. Количество краски, переносимое с формы на оттиск, и количество краски, поступающее в раскатную систему, заметно отличаются друг от друга (рис. 3.19). С течением времени между количеством краски, поступающим с дукторного вала, и количеством краски, отводимым на запечатываемый материал (за каждый цикл работы машины), наступает равновесие (точка «100» на рис. 3.19). Именно в этот момент поток краски достигает устойчивого (квазистационарного) состояния, т. е. наступает установившееся течение краски через цилиндры и валики красочного аппарата печатной машины.

Рис. 3.19. Диаграмма установления баланса между подачей и расходом краски после начала печатания тиража (по данным С. Такая-наги и М. Масао, Япония):

N—количество оттисков; q—количество краски, непосредственно участвующее в процессе печатания: 1—подаваемая краска; 2—расходуемая краска

Рис. 3.20. Зависимость толщины слоя краски, переносимой на запечатываемый материал, от количества циклов работы машины после изменения количества краски, подаваемой в красочный аппарат

Под переходным процессом как раз и подразумевается либо процесс выхода красочного аппарата на установившийся режим работы после запуска печатной машины, либо его переход в новое равновесное состояние после регулировок.

Для более наглядного пояснения сущности переходных процессов в красочных аппаратах рассмотрим следующий пример. Пусть в красочном аппарате установился стационарный процесс течения краски. Толщину слоя краски, переносимой на запечатываемый материал в данном режиме, обозначим через h°OTT. Если h°OTT окажется недостаточной для получения заданной оптической плотности печатного изображения, подачу краски в красочный аппарат нужно увеличить. После того как снова установится стационарный процесс, толщина слоя краски, переносимой на запечатываемый материал, станет равной h'OTT (рис. 3.20).

Как отмечалось выше, после изменения подачи краски количество ее, подаваемое в красочный аппарат, не будет равно отводимому до очередного выхода на установившийся режим. Следовательно, при переходе от одного стационарного процесса к другому удельный объем транспортируемой краски будет изменяться за каждый оборот формного и печатного цилиндров. Расчет количества циклов работы машины, необходимого для повторной стабилизации процесса, может быть произведен по уравнению

(3.14) или (3.15)

где Кпер — коэффициент переноса краски с формы на запечатываемый материал; α — коэффициент заполнения печатной формы, т. е. доля площади формы, занятой печатающими элементами; Di,—диаметр i-того валика или цилиндра красочного аппарата; mi, — фактор, характеризующий толщину нерабочего (основного) глоя на i-том валике, который не участвует в расщеплении; D1 —диаметр формного цилиндра; hотт—толщина слоя краски, перешедшей на запечатываемый материал. При определении величины f значение h0ТT должно быть отличным от h'OTT на величину δh0ТT (СМ рис. 3.20), которая на оттиске дает приращение оптической плотности печатного изображения, не воспринимаемое человеческим глазом. По данным Э. Германиеса, величина для черных красок находится в пределах 0,05 — 0,1 мкм. На практике это позволяет несколько сократить продолжительность переходного периода.

Чтобы уменьшить перепад толщин h"— h' в переходных процессах, Р. Рудер предложил использовать в красочных аппаратах так называемые разъединительные валики. Если при вынужденном отключении подачи и наката краски одновременно разъединить цепь валиков,: отведя хотя бы один из них (находящийся несколько ближе к накатной группе), стационарный процесс 1 (рис. 3.21) окажется расчлененным уже на два процесса (2,3), протекающих в изолированных друг от друга группах валиков.

Рис. 3.21. Схема выравнивания толщин слоев краски на валиках и цилиндрах с отключенными подачей и накатом краски и разъединенным красочным аппаратом

При этом максимальная толщина слоя краски на накатных валиках h" в момент включения машины в работу окажется меньше, чем в ранее рассмотренном случае, поскольку, разъединяя красочный аппарат, мы тем самым ограничиваем количество краски, участвующее в переходном процессе, захватывающем накатную группу валиков.

При повторном включении подачи и наката краски перепад толщин слоев на накатных валиках h" — h' оказывается меньше и не вызывает недопустимых графических искажений. Периодически отводя разъединительный валик, можно достаточно быстро уменьшить количество краски в цепи, включающей накатные валики, и вновь вернуться к установившемуся процессу 1. Как показывает опыт, количество циклов переходного процесса (а следовательно, и количество брака) при использовании разъединительных валиков уменьшается примерно на 1/3.

К настоящему времени усилиями отечественных и зарубежных исследователей достаточно глубоко и разносторонне изучены проблемы распределения краски в красочном аппарате в условиях установившегося режима. Однако гораздо более сложной и столь же актуальной является выработка четких представлений о распределении краски в красочном аппарате в режиме переходных процессов. Процесс передачи краски любым отдельно взятым элементом красочного аппарата во всех его проявлениях (сложение слоев, расщепление, перенос) может быть описан на основе известных представлений, характеризующих динамику дискретных процессов.

Однако при исследовании динамики красочного аппарата в целом использование математического аппарата дискретного преобразования ступенчатой функции представляет значительные трудности, так как приводит к необходимости решения обширной системы разностных уравнений с различными интервалами дискретности. Подобный подход может быть реализован только при моделировании работы красочных аппаратов с помощью ЭВМ.

3.6. Технологическая характеристика красочных аппаратов машин глубокой и флексографской печати

Красочные аппараты машин глубокой и флексографской печати работают с маловязкими (жидкотекучими) красками, и именно в связи с этим они принципиально отличаются по своей конструкции от красочных аппаратов машин высокой и офсетной печати.

Основу связующего красок глубокой печати составляет раствор тонкодиспергированной смолы натурального или искусственного происхождения в летучем органическом растворителе . Образуя при высыхании твердую пленку, смола удерживает пигмент на поверхности запечатываемого материала, а летучий растворитель, испаряясь, ускоряет пленкообразование. Растворители, используемые в составе красок глубокой печати, играют важнейшую роль в печатном процессе (включая закрепление краски на оттиске) и соответственно в обеспечении надлежащего уровня качества печатной продукции. Наиболее широкое применение при изготовлении красок глубокой печати находят толуол и бензин. Применение бензола в связи с его достаточно высокой токсичностью существенно ограничено.

В отличие от красок высокой и офсетной печати, которые характеризуются довольно широким кругом реологических параметров, а также способностью к образованию тиксотропной структуры, печатно-технические свойства красок глубокой печати могут достаточно полно характеризоваться их вязкостью. Однако регулирование и стабилизация вязкости краски глубокой печати — главное условие бесперебойного течения печатного процесса и получения продукции хорошего качества.

Согласно наиболее распространенной классификации, современные флексографские краски разделяются на четыре группы: спиртовые, водные, полиамидные, акриловые. Подобно краскам глубокой печати, связующее этих красок также состоит из синтетических или природных смол, растворенных в растворителе (спирте, воде или спиртоуглеводородной смеси) и соответственно придает краскам необходимую вязкость и управляет скоростью их закрепления. Обычным компонентом жидкой части флексографских красок является пластификатор, который «размягчает» смолы, изменяя их твердость и хрупкость. При этом между пластификаторами и смолам происходит химическое взаимодействие, приводящее к тому, что после испарения растворителя пластификаторы остаются в слое краски в качестве постоянной его части. К другим добавкам, модифицирующим жидкую часть краски и придающим ей характерные свойства, относятся полиэтиленовый воск (для повышения сопротивления красочного слоя смазыванию и истиранию), матирующие агенты (обеспечивающие ровную матовую поверхность красочного покрытия) и пеногасители.

Следовательно, краски глубокой и флексографской печати имеют между собой много общего, и главное, что их объединяет, это их жидкотекучесть, позволяющая отказаться от громоздких групп раската и наката краски. Однако красочные аппараты машин глубокой и флексографской печати представляют собой достаточно сложные системы, правильная настройка и регулировка которых имеет большое значение в обеспечении высокопроизводительной работы печатных машин.

3.6.1. Технологические особенности конструкции красочных аппаратов машин глубокой печати

При нанесении краски в машинах глубокой печати краска должна заполнять растровые ячейки печатной формы.

Простейший способ нанесения краски на формный цилиндр глубокой печати — его погружение в заполненный краской ящик и вращение в нем. Увлекаемая цилиндром краска затем удаляется с пробельных элементов стальным ножом — ракелем. Снимаемая ракелем краска попадает обратно1 в ящик, краска, остающаяся в ячейках формы, переносится в зоне печатного контакта на запечатываемый материал. Подобными красочными аппаратами оснащены преимущественно листовые и рулонные машины, выпущенные в предшествующие годы, однако и сегодня они находят достаточно широкое применение.

Постоянно возрастающие скорости печатных машин (а именно глубокой печати принадлежит сейчас наивысший показатель скорости перемещения бумажного полотна в печатной машине — около 17 м/с) делают, однако, использование красочных систем погружного типа, практически невозможным, поскольку интенсивно образующиеся в этих условиях воздушные пузыри и пена препятствуют нормальному нанесению краски на формный цилиндр.

В современных машинах глубокой печати краска подается на форму бесконтактной принудительно-циркуляционной системой

питания.

Одним из критериев технологичности системы нанесения краски в современных машинах глубокой печати является длительность простоя при замене краски, связанной с переходом на другие виды продукции или запечатываемого материала. Поэтому системы нанесения краски для многосекционных машин глубокой печати часто изготавливаются в виде вставных агрегатов, которые могут подготавливаться к печатанию вне машины и устанавливаться затем в любую печатную секцию. Экономичность использования подобных конструкций в значительной мере зависит от характера использования печатной машины в целом, обеспечивая высокую эффективность при печатании переменной по своему характеру продукции относительно небольшими тиражами.

Одним из наиболее важных с технологической точки зрения елементов красочных аппаратов машин глубокой печати является ракель, качество подготовки и работы которого в немалой степени определяет результат печатного процесса.

Ракель — это гибкая стальная пластина шириной 60 — 80 мм и толщиной 0,15 — 0,20 мм, размещающаяся на специальной опоре, имеющей в современных печатных машинах довольно .южную многоэлементную конструкцию и обеспечивающей точимо установку ракеля по отношению к печатной форме*. Воздействие на ракель при снятии им краски с пробельных элементов формы складывается из двух основных компонентов: гидродинамического давления краски, возникающего в клиновом зазоре между ракелем и поверхностью формы, и усилия прижима. Наиболее сильно на величину гидродинамического давления влияют скорость печатания и угол, образуемый рабочей плоскостью ракеля с касательной к поверхности формного цилиндра в направлении его вращения и называемый углом установки ракеля. Установлено, что при удвоении скорости печатания (от 4,5 до 9 м/с) пдродинамическая нагрузка, действующая на ракель, увеличивалась в 3—4 раза, а увеличение примерно вдвое (от 45 до 85°) |величины угла установки ракеля приводило к уменьшению гидрдинамического давления от 5 до 6 с половиной раз. Отсюда вытекает реальная возможность поддержания величины гидродинамического давления на заданном уровне, если повышение скорости печатания будет сопровождаться одновременным увеличением угла установки ракеля.

Усилие прижима — это усилие, с которым ракель должен прижиматься к поверхности формного цилиндра, чтобы, во-первых, противостоять воздействию гидродинамического давления и, во-вторых, компенсировать неточности геометрической формы и биение цилиндра при вращении. При изменении усилия или равномерности прижима ракеля меняется количество краски, переносимой на запечатываемый материал, что может существенно отразиться на графической, градационной и цветовой характеристиках оттисков. Главным фактором, влияющим на величину усилия прижима, является угол установки ракеля, с увеличением которого усиливается прогиб ракеля и соответственно возрастает усилие прижима.

Оптимальным углом установки ракеля следует считать такой, который обеспечивает приемлемое по величине усилие прижима при относительно небольшом гидродинамическом давлении. Для быстроходных машин глубокой печати, работающих, например, со скоростью 30 тыс. об/ч, таким оптимумом является вариант с использованием так называемого крутого ракеля, устанавливаемого под углом 70—80° к касательной, проведенной через точку контакта (рис. 3.22). В данном случае крутой ракель работает совместно с предварительным (опорнвм) ракелем, устанавливаемым под углом 45—55°.

Рис. 3.22 Схема установки крутого ракеля: 1. откидывающийся ящик с краской; 2. предварительный (опорный) ракель; 3. главный (крутой) ракель; 4. формный цилиндр

Крутой ракель должен обладать повышенной упругостью, поэтому толщина его должна быть меньше: 0,07 — 0,16 мм. Известны конструкции, позволяющие отказаться от опорного ракеля, как, например, самозатачивающийся ракель системы Беринга, характеризующийся повышенной (до 8— 10 млн. циклов) износостойкостью. Иногда работают с так называемым «обратным» ракелем, угол установки которого (в направлении вращения формного цилиндра) превышает 90°, т.е., иными словами, рабочая плоскость которого ориентирована противоположно направлению вращения формного цилиндра.

Важным фактором, связанным как с качеством печатания, гак и со стабильностью работы ракеля, является характер возвратно-поступательного перемещения ракеледержателя (а следовательно, и ракеля) в процессе работы машины. Необходимость такого перемещения обусловлена тем, чтобы исключить хотя бы малейшую возможность повреждения рабочей поверхности печатной формы при попадании на заточенную кромку ракеля мелких инородных частиц. Идеальным можно считать такое перемещение ракеля, когда каждая его точка с постоянной скоростью и непрерывно проходила бы всю поверхность формного цилиндра. Критериями приближения действительного перемещения ракеля к идеальному являются: большой шаг и небольшая скорость возвратно-поступательного движения ракеля, кратковременное реверсирование, постоянное смещение местоположения точки изменения направления движения ракеля вдоль образующей формного цилиндра.

Одним из важнейших дополнительных элементов красочной системы современных машин глубокой, а также флексографской печати являются регуляторы вязкости краски. Сейчас применяются регуляторы вязкости электромеханического и электронного типа. Электромеханические регуляторы большей частью фиксируют изменение скорости течения краски, наступающее при изменении ее вязкости, и подают команду исполнительному блоку, воздействующему на вентиль, открывающий (или закрывающий) подачу растворителя. Регуляторы этого типа дешевле электронных, но характеризуются рядом недостатков, важнейшими из которых являются их невысокая точность и чувствительность к загрязнению краски и к подсыханию ее при длительных остановках машины.

Все описанные выше функциональные элементы обеспечивают улучшение качества продукции, экономный расход материалов, снижение отходов в брак и нормализацию высокоскоростного печатного процесса.

1.6.2. Технологические особенности конструкции красочных аппаратов машин флексографской печати

В конструкции и технологических особенностях работы красочных аппаратов машин глубокой и флексографской печати есть иного общего, поскольку в обоих способах печатания используются краски, весьма близкие по своей консистенции. В своем наипростейшем виде красочный аппарат флексографской печатной машины представляет собой двухвалковую систему (рис. 3.23).

Дукторный вал вращается в красочном резервуаре и подает краску на передаточный валик, который, в свою очередь, переносит ее на печатную форму. Обычно поверхность дукторного вала покрывается резиной или другим эластичным материалом. Для этой цели часто применяют натуральные или синтетические каучуки.

Рис. 3.23 Принципиальная схема печатного аппарата флексогравской машины:

1. красочный резервуар; 2. дукторный вал; 3. передаточный валик; 4. печатная форма; 5. формный цилиндр; 6. отпечатываемый материал; 7. печатный цилиндр

Дукторный вал должен иметь ровную поверхность. Допуски на точность его изготовления по номинальному диаметр) составляют как минимум ±0,025 мм, а на конусность —0,075 мм. В некоторых случаях на скоростных печатных машинах большой ширины дукторный вал подвергается так называемой бомбировке, т.е. шлифовке в различных местах на разный диаметр, чтобы уменьшить его прогиб под влиянием силы тяжести и нагрузки, а также для получения равномерной ширины полосы контакта на всем ее протяжении. Глубина погружения вала в краску — 11 — 13 мм. Наиболее важное технологическое значение имеют твердость покрытия дукторного вала, скорость его вращения и величина усилия прижима к передаточному валику. Дукторный вал, облицованный более мягким покрытием, передает, при прочих равных условиях, большее количество краски из-за увеличения площади его контакта с передаточным валиком в зоне краскопереноса. Обеспечение равномерной и достаточной передачи краски в красочном аппарате такого типа требует тщательной регулировки давления между передаточным валиком и дукторным валом. Поэтому многие машины флексографской печати оснащены гидравлическими или пневматическими системами прижима, а также приборами для индикации и измерения давления. Средняя величина погонного давления, необходимого для полноценного дозирования краски, не зависящая от ее вязкости, составляет 50 Н/м.

Чтобы предотвратить выбросы краски из зоны контакта дукторного вала и передаточного валика, а также для более равномерного распределения ее на стадии передачи, оказалось целесообразным существенно (по крайней мере в 3 раза) уменьшить скорость вращения дукторного вала по сравнению с передаточным валиком с регулированием ее в определенных пределах.

Передаточный валик — чаще всего металлический, с гладкой хромированной или рифленой поверхностью, в зависимости от потребного количества краски, передаваемой на печатную форму, хорошо отполированные гладкие валики обычно наносят на форму достаточно равномерные, но тонкие красочные слои. Это— один из наиболее важных элементов печатной секции, качество изготовления и функционирование которого в значительной мере определит качество оттиска. В красочных аппаратах флексографских машин, как и в красочных аппаратах машин высокой и офсетной печати, контактируют друг с другом только разнородные поверхности, поэтому при облицовке передаточного валика эластичным слоем дукторный вал должен быть обязательно металлическим преимущественно с рифленой поверхностью).

Различные варианты построения флексографских красконаносящих систем упрощенного типа предусматривают, например, регулирование количества краски, переходящей с дукторного вала на передаточный валик, не только путем изменения усилия прижима их друг к другу, но и с помощью ракеля, приставляемого передаточному валику. Изготавливаемая из твердой резины, нейлона или стали специальных сортов ракельная пластина, функционируя подобно аналогичному приспособлению в машинах глубокой печати, обеспечивает более точную регулировку толщины слоя краски на передаточном валике. Возможно нанесение краски на печатную форму непосредственно дукторным валом, в контакте которым вместо передаточного валика работает неподвижный валик малого диаметра или такая же ракельная пластина. Следует оттметить, что одно- и двухвалковые красочные аппараты традиционного построения имеют серьезные недостатки, связанные с

ненормируемым захватом и неравномерным накатом краски особенно в машинах большой ширины), а также с ограниченными возможностями технологического регулирования наката. Не включаются разбрызгивание краски при больших скоростях работы машины, а также помехи, связанные с высокой чувствительностью красочных аппаратов к изменению вязкости краски и другим технологическим факторам.

Главным направлением модернизации красочных аппаратов машин флексографской печати явилось введение в их состав так называемого анилоксового валика, на поверхности которого гравируются ячейки, имеющие форму призмы, перевернутой треугольной или усеченной пирамиды или полусферы. Линиатура гравирования в зависимости от характера работы, выполняемой данной печатной машине, может составлять от 40—65 лин/см для наиболее простых работ) до 160 лин/см для многокрасочного печатания. Средняя глубина ячеек ≈ 0,025 мм, а ширина у поверхности валика — в соответствии с линиатурой растра — от 0,075 до 0,10 мм. После заполнения краской такие валики способны переносить на. следующий элемент красочной системы или непосредственно на печатную форму дозированное с высокой точностью количество краски.

Анилоксовый валик — это металлический цилиндр, для изготовления которого могут быть использованы два материала: хромистая сталь и медь. В последние годы началось изготовление анилоксовых валиков из керамики — твердого гидрофильного материала, позволяющего использовать водные флексографские краски, и из вольфрамкарбида — олеофильного материала, делающего возможным печатание обычными красками на основе маслорастворимых смол.

Значимым технологическим фактором с точки зрения полноты переноса краски является форма образующихся растровых ячеек. Варианты ее были указаны раньше, однако следует добавить, что основания ячеек в большинстве случаев имеют форму квадрата, стороны которого располагают под утлом 45° к развертке окружности валика. Валики с ячейками в форме обычной пирамиды характеризуются только 50%-ной отдачей краски и быстрым износом, что делает невозможным применение их в ракельных красочных аппаратах. Более целесообразным оказалось использование анилоксовых валиков с ячейками, имеющими форму усеченной пирамиды, полусферы, а также (по опыту США) треугольной и прямоугольной призм. Во всех этих случаях краска переносится почти полностью.

В зависимости от размещения и соответственно функции анилоксового валика в современных флексографских машинах различаются три способа нанесения краски на печатную форму (см. рис. 3.24).

Косвенный способ переноса краски (рис. 3.24,а) характеризуется тем, что краска с дукторного вала, погруженного в красочный резервуар, переносится на анилоксовый валик (вращающийся с более высокой скоростью), а затем — через два накатных валика — подается на печатную форму. Приоритет в разработке этой конструкции принадлежит японской фирме ТКС («Токио Кикай Сейсаку»). Эта конструкция предназначена для использования при флексографской печати красками на основе маслорастворимых смол (содержащими до 25% эмульгированной воды) с водовымываемых фотополимерных форм (последнее обстоятельство полностью исключает применение красок на водной основе).

В красочном аппарате АНПАПРЕСС (конструкции института АНПА/РИ, США) реализован прямой способ нанесения краски. В этом случае (рис. 3.24,6) анилоксовый валик, погруженный в красочный резервуар, после снятия избытка краски с его поверхности с помощью «обратного» ракеля (см. выше) непосредствен но накатывает краску на печатную форму. В данном случае рекомендуется использовать высокоэластичные щелоче- или спиртовымываемые фотополимерные формы, обеспечивающие достаточно полный вывод краски из ячеек жесткого анилоксового валика, и флексографские краски на водной основе.

Позиции в и г на рис. 3.24 иллюстрируют двухвалковые красочные аппараты, в которых краска подается на форму полукосвенным способом.

Рис. 3.24. Типовые схемы красочных аппаратов машин флексографской печати:

1. красочный резервуар; 2. дукторный вал; 3 анилоксовый валик; 4. ракель; 5.

накатные валики; 6. формный цилиндр; 7. запечатываемый материал; 8. печатный цилиндр

В аппарате, предложенном фирмой «Кёниг и Бауэр» (ФРГ), использован способ прямого нанесения краски на анилоксовый валик, погруженный в красочный резервуар и оснащенный приставным ракелем (имеющим, как и ракель на рис. 3.24,а, прорезь для отекания краски), и косвенного переноса ее на форму через накатной валик о эластичной (резиновой) облицовкой (рис. 3.24,0). Это позволяет использовать для печатания стереотипные формы, цинковые клише, а также твердые формы на основе фотополимеризующихся композиций. Использование водно-эмульсионных красок требует изготовления основы накатных валиков и печатных форм из коррозионно-стойких материалов. К достоинствам красочного аппарата описываемой конструкции относится также возможность его монтажа на машинах высокой печати, которые по тем или иным причинам переводятся на печатание с использованием маловязких красок.

В конструкции упрощенного двухвалкового красочного аппарата безракельного типа (рис. 3.24, г) реализован иной вариант полукосвенного способа нанесения краски: косвенный перенос краски на анилоксовый валик и прямая, т.е. непосредственно с анилоксового валика, передача ее на печатную форму. Усовершенствованием конструкций такого рода занимаются фирмы «Сольна» (Швеция) и «Альберт Франкенталь» (ФРГ).

В современных красочных аппаратах флекеографских печатных машин используются два способа дозирования переноса краски на печатную форму: так называемое «вытирание» (безракельный способ) и удаление избытка краски с помочило ракеля. Эффект «вытирания» обеспечивается разностью (чаще всего трехкратной) скоростей вращения дукторного вала и анилоксового (накатного) валика при неплотном контакте между ними (рис. 3.24,г,). Вращаясь со скоростью формного (и печатного) цилиндра, анилоксовый валик обгоняет дукторный вал, вращающийся с постоянной скоростью, и в результате этого как бы «вытирает» краску, находящуюся в пределах полосы контакта его с дукторным валом. При увеличении скорости печатания повышенное гидродинамическое давление краски, находящейся в этой зоне, дополнительно деформируя эластичную оболочку дукторного вала, способствует протеканию через полосу контакта (а следовательно, и переходу на поверхность анилоксового валика) большего количества краски.

Как показывает опыт, эффект, обусловливаемый разностью скоростей дукторного вала и накатного валика, способствует также повышению равномерности наносимого красочного слоя и уменьшению явления разбрызгивания краски при высоких (150 м/мин и выше) скоростях печатания.

Применение ракеля обеспечивает более точное дозирование краски. Возможны три варианта обычной установки ракеля: плоская — под углом 25° к касательной, проходящей через точку контакта, нормальная (45—65°) и вертикальная (80°) . Величина «обратного утла» установки составляет обычно 140—150°.

Заслуживает быть отмеченной проявившаяся в последние годы тенденция к встраиванию анилоксовых валиков в совокупности с краскодозирующим ракельным устройством в красочные аппараты офсетных печатных машин, в том числе изготавливающих издательскую продукцию. Это позволяет в новых условиях полнее использовать достоинства флексографского способа печати: широкий ассортимент запечатываемых материалов, возможность применения красок на водной основе, простота конструкции и относительно несложная технологическая регулировка красочного аппарата.

Разработка анилоксовых красочных аппаратов для офсетных машин стимулируется, в частности, тем, что перевод газет с высокой печати на офсет постепенно замедляется из-за непрерывного увеличения стоимости новых печатных машин и величины эксплуатационных расходов, связанных, кроме всего прочего, с высоким энергопотреблением.

Рис. 3.25. Упрощенные красочные аппараты для машин офсетной печати фирмы «Сольна» (а) и «Альберт Франкенталь» (б):

1. красочный резервуар; 2. дукторный вал; 3. анилоксовый валик; 4. ракель; 5. накатной валик; 6. формный цилиндр; 7. офсетный цилиндр; 8. корыто с увлажняющим раствором; 9. дукторный вал увлажняющего аппарата; 10. щеточный валик; 11. раскатной цилиндр увлажняющего аппарата; 12. накатной валик увлажняющего аппарата

Первые аппараты нового типа были разработаны в США на основе многовалковых красочных аппаратов обычного типа. Однако работа, проведенная в этом направлении фирмами «Сольна» и «Альберт Франкенталь», привела к созданию близких по конструкции красочных аппаратов с резко уменьшенным количеством функциональных элементов (рис. 3.25,а,б). Они характеризуются наличием обрезиненных дукторного и накатных валиков (в красочном аппарате фирмы «Сольна» использованы два накатных валика, один из которых одновременно служит для подачи увлажняющего раствора по способу Дальгрена; в красочном аппарате фирмы «Альберт Франкенталь» применяется один накатной валик, диаметр которого равен диаметру формного цилиндра), «обратного» ракеля и работают совместно с бесконтактным (щеточным) увлажняющим аппаратом. В будущем предполагается использование красочных аппаратов подобной конструкции в машинах для офсетной печати без увлажнения.

Глава 4. Физико-механические явления в полосе печатного контакта

4.1. Технологические функции давления в печатном процессе

Бумага, как и другие запечатываемые материалы, имеет неровную поверхность. На рис. 4.1 представлена типичная профило-грамма поверхности бумаги для высокой печати ,№1 из которой видно, что бумага имеет неровности разной высоты h и протяженности l. Величина площадей неровностей на поверхности бумаги бывает соизмерима с площадью печатающих элементов, а иногда превышает их величину. Высота неровностей поверхности различна в зависимости от типа печатной бумаги и для мелованной бумаги может составлять 5—7 мкм, а для бумаги высокой печати — 25—30 мкм. При таком неровном рельефе бумаги невозможно передать на нее краску со всей поверхности печатающих элементов формы. Чтобы добиться переноса изображения с формы на бумагу, поверхность последней должна быть выровнена настолько, чтобы обеспечить полный контакт ее по всей площади печатающих элементов формы.

Рис. 4.1. Профилограмма поверхности бумаги для высокой печати № I

Кроме того, чтобы переход краски на бумагу осуществлялся в нужных количествах, чтобы краска могла закрепиться на бумаге, проникая в ее микрорельеф и поры, недостаточно обеспечить лишь контакт печатной формы с бумагой. Необходимо создать УСЛОВИЯ прижима бумаги к форме с некоторым усилием. Величина этого усилия, создающего необходимое давление печатания, в большой мере зависит от способа печати (высокой, плоской, офсетной, глубокой), от продолжительности времени контакта формы и бумаги, от шероховатости и жесткости запечатываемой бумаги и других факторов. Например, чем меньше жесткость бумаги и выше гладкость ее поверхности, тем меньшее давление требуется для создания условий перехода краски на бумагу в нужных количествах, и наоборот.

Таким образом, давление печатания необходимо: во-первых, для сглаживания неровностей на поверхности запечатываемой бумаги, чтобы обеспечить полный контакт печатающих элементов формы с бумагой; во-вторых, для переноса краски с формы на бумагу в необходимых количествах и, в-третьих, для обеспечения начального закрепления краски путем внедрения ее в микрорельеф и поры бумаги.

Введем понятие давления печатания применительно к способам высокой, офсетной и глубокой печати.

В офсетной печати печатающие и пробельные элементы расположены практически в одной плоскости, в глубокой — печатающие элементы углублены по отношению к пробельным, но заполнены практически несжимаемой краской, что создает также как бы единую поверхность формы. Под давлением печатания в этих способах будем понимать силу, приходящуюся на единицу площади полосы контакта, включающей как печатающие, так и пробельные элементы.

В высокой печати под давлением надо понимать силу, приходящуюся только на единицу площади печатающих элементов н полосе контакта, так как пробельные элементы расположены ниже печатающих и не должны испытывать давление при печатании.

На рис. 4.2 показана ширина полосы контакта h при разном коэффициенте заполнения отдельных участков формы офсетной и глубокой печати. Как видно из рис. 4.2, а,б, ширина полосы контакта, а следовательно, и площадь полосы контакта для каждого из этих способов печати не зависит от числа печатающих элементов на ней: .

В высокой печати (рис. 4.2, в) ширина и площадь полосы контакта зависят от числа и площади печатающих элементов, находящихся в зоне печатания. Суммарная площадь их в полосе контакта а следовательно, и площадь полосы контакта не являются постоянной величиной ( ).

Рис. 4.2. Ширина полосы контакта при разном коэффициенте заполнения участков формы в различных способах печатания

Обозначив F как суммарную силу, действующую в полосе контакта, [Н],ар— давление печатания, , покажем, что давление будет определяться для способов офсетной и глубокой печати как:

Для способа высокой печати:

К давлению печатания предъявляются два основных требования: 1) для передачи слоя краски одинаковой толщины с каждого печатающего элемента формы на бумагу давление печатания должно быть одинаковым по всей площади печатной формы, 2) величина давления должна быть неизменной на всем протяжении печатания тиража.

Рассмотрим далее некоторые исходные положения, позволяющие сформулировать количественные требования к величине давления печатания.

4.1.1. Зависимость количества краски, переходящего с формы на бумагу, от давления печатания

Так как печатный процесс сводится к передаче краски с формы на бумагу, а давление служит средством обеспечения этой передачи, важно рассмотреть зависимость количества краски, передаваемой формой, от давления печатания (рис. 4.3). Эта зависимость во многих случаях может служить основой для оценки правильности выбора важнейших технологических параметров печатного процесса (давления, толщины слоя краски на форме). Впервые такая зависимость (названная позже основной диаграммой печатного процесса) была получена для высокой печати П. А. Попрядухиным.

Рис. 4.3. Зависимость количества краски, переходящей с формы на бумагу, от давления

Переход краски с формы на бумагу, кроме давления, зависит от ряда других факторов: типа печатной формы, толщины слоя краски на форме hф, времени контакта бумаги с краской при получении оттиска tk, состояния поверхности бумаги (шероховатость), влажности ее, печатно-технических свойств краски (главным образом ее вязкость) , климатических условий помещения (температура, влажность). Чтобы оценить влияние только одного фактора — давления на переход краски, заметим, что данная диаграмма получена по оттискам, отпечатанным с формы-плашки, при постоянной толщине слоя краски на форме (hф=const), одинаковом времени контакта бумаги с краской (tк = const), для определенного вида бумаги и краски, при неизменной температуре и влажности помещения. По оси абсцисс на диаграмме (рис. 4. 3) отложено давление р[Па], по оси ординат — количество краски, переданной с формы на 1 см2 запечатываемой бумаги, qотт.

С помощью этой диаграммы попытаемся определить наивыгоднейшую, т. е. минимальную, величину давления, обеспечивающую максимальный переход краски с формы на бумагу.

Диаграмму можно разбить на ряд участков: ОА, АВ, ВС, СD и DЕ, каждому из которых соответствует определенное давление. На участке диаграммы ОА, полученном при давлении 0 — р1, не удается установить какой-либо закономерности в передаче краски. Количество краски, переданной на бумагу, носит случайный характер, так как давление на этом участке недостаточно для обеспечения полного контакта бумаги с краской. На участке АВ, которому соответствует давление в пределах р1 — р2, начиная от точки А, с увеличением давления возрастает количество краски, переходящей на бумагу. Оттиски, полученные в пределах давлений р1 — р2, имеют различную толщину слоя краски, а следовательно, и различную оптическую плотность (черноту при печатании черной краской). Участок давления р1 —р2 нельзя считать рабочим, так как любое изменение величины давления на этом участке ведет к изменению оптических свойств оттиска. На участке диаграммы ВС, полученном в пределах давлений р2 — р3, обеспечивается максимальный переход краски на бумагу, и при этом количество краски на оттисках практически остается неизменным, хотя величина давления изменяется в довольно широких пределах. Оттиски полученные в этом диапазоне давлений, имеют одинаковую оптическую плотность, поэтому величины давлений в пределах р2 - р3 могут считаться рабочими. На участке диаграммы СО, полученном при давлениях р3 — р4 количество краски, переходящей с формы на бумагу, уменьшается с увеличением давления. Это объясняется тем, что в результате избытка давления краска выдавливается за края печатающих элементов на их боковые грани, следовательно, уменьшается ее количество на печатающих элементах и вместе с этим уменьшается ее переход на бумагу. Оттиски, полученные на участке давлений р3 —р4, имеют большой оборотный рельеф, недостаточную и неодинаковую оптическую плотность. Величины давлений в пределах р3 —р4 нельзя считать рабочими давлениями. На участке диаграммы ОЕ, которому соответствуют величины давлений р4—р5, количество краски, перешедшей с формы на бумагу, вновь увеличивается с возрастанием давления. Это объясняется тем, что при таких больших величинах давлений печатающие элементы вдавливаются в бумагу, она прижимается к их боковым граням и снимает выдавившуюся на них краску. В диапазоне давлений р4—р5 оттиски имеют очень большой оборотный релиеф, достаточно высокую оптическую плотность и отличаются значительными графическими (размерными) искажениями элементов изображения. Величины давлений на участке р4—р5 также нельзя считать рабочими давлениями.

Итак, из рассмотренной диаграммы видно, что рабочими давлениями могут считаться давления в пределах р2—р3. Однако чем выше давление (ближе к точке р3), тем больше будет оборотный рельеф на оттисках, тем быстрее будет наступать износ печатной формы, тем труднее режим работы печатной машины. Иными словами, если давление печатания, соответствующее величине его в точке р2, является достаточным, обеспечивающим необходимое количество краски на оттиске, то нет необходимости увеличивать его значение до величины р3. Однако, как будет показано ниже, в реальном процессе нельзя обеспечить абсолютное постоянство величины давления при печатании, соответствующее, например, его величине в точке р2. Нужно найти некоторый интервал, или разброс, допустимых минимальных значений величины давления, при котором обеспечивается максимальная передача краски с формы на бумагу. В этом интервале давлений оттиски будут иметь максимальную и практически одинаковую оптическую плотность при допустимой величине оборотного рельефа. Чтобы найти этот интервал давления, поместим под рассмотренной диаграммой q0ТТ (р) график зависимости коэффициента поглощения оттисков (Kпогл) от величины давления (рис. 4.4). Значение Kпогл получают фотометрированием тех же оттисков, отпечатанных с формы-плашки в рассматриваемом диапазоне давлений.

Рис. 4.4. Зависимость коэффициента поглощении оттиска Kпогл от величины давления

Точку N перегиба кривой Kпогл (р) сносят на ось ординат, получают точку N'. Принимая допустимым отклонение от номинального значения плотности ±3 %, откладывают эти величины от точки N', получают точки К' М', сносят их на кривую Kпогл (р) и получают на ней точки К и М. Проекция этих точек на ось абсцисс определит интервал давлений рmin —ртах на графике Kпогл (р), который переносят на диаграмму qотт (р).

Итак, получен допустимый интервал, или разброс, давления печатания (рmin —ртах), в пределах которого обеспечивается необходимая передача краски с формы на бумагу и оптическая плотность изображения:

(4.1)

При нормальном режиме печатания условие (4. 1) должно выполняться как для любого печатающего элемента на площади печатной формы с координатами (х, у), так и для любого цикла печатания тиража (К). В общей форме условие (4.1) имеет вид

(4.2) где х, у — соответственно линейная и угловая координаты, определяющие положение печатающего элемента на поверхности печатной формы; К — цикл печатания тиража.

Диаграмма зависимости количества краски на оттиске от давления для плоской офсетной и глубокой печати имеет тот же характер, что и для высокой, некоторое отличие заключается в том, что на ней нет ярко выраженных участков СD и DЕ, поскольку в офсетной и глубокой печати отсутствует вдавливание печатающих элементов в бумагу. Начиная с точки В, диаграмма представляет собой прямую линию, практически параллельную оси абсцисс, что говорит о том, что при изменении величины давления в широких пределах возможно лишь незначительное увеличение количества краски на оттисках.

Требования к давлению печатания, представленные условием (4. 2), в равной мере можно распространить на все три основных способа печати. В качестве ограничения по первому требованию в офсетной и глубокой печати должна выступать не величина оборотного рельефа на оттисках, а величина графических искажений элементов изображения.

4.1.2. Способы создания давления в печатных машинах

Из диаграммы печатного процесса и условия (4. 2) следует, что, независимо от количества печатающих элементов, попадающих в зону печатания (полосу контакта) в любом способе печати, величина давления по всей площади печатной формы не должна выходить за пределы величины рmin —ртах, где обеспечивается необходимый перенос краски с формы на бумагу.

Суммарная сила F может возникнуть в полосе контакта печатной машины как реакция механической системы печатного устройства на один из видов возмущения: силовое или кинематическое.

Силовой способ создания давления. При этом способе суммарная сила F в полосе контакта является независимой переменной, т. е. задается, и в простейшем случае может быть постоянной величиной, т. е. F = const.

В качестве возмущения при силовом задании давления может выступать, например, сила веса, сила, создаваемая пневматическим, гидравлическим или механическим приводом, и т. п.

В плоской офсетной и глубокой печати суммарная сила F будет распределяться на всю площадь полосы контакта (см. рис. 4.2) и величина давления печатания, определяемая как отношение суммарной силы к площади полосы контакта , будет одинакова по всей площади печатной формы. Следовательно, силовой способ создания давления (возмущения) в плоской офсетной и глубокой печати отвечает первому требованию к давлению печатания.

В высокой печати задаваемая постоянная сила F будет распределяться только на те печатающие элементы, которые окажутся в зоне контакта при данном положении печатного и формного цилиндров, определяемом некоторым углом поворота φ. Количество печатающих элементов и их суммарная площадь в каждой полосе контакта могут быть различными (рис. 4.5, а, б).

На рис. 4. 5 показана упрощенная схема печатной секции ротационной машины высокой печати при повороте печатного и формного цилиндров на угол φ 1(а) и φ 2(б).

Как видно из рис. 4.5, суммарная площадь печатающих элементов, попадающих в полосу контакта в пеложении, определяемом углом (φ1, значительно больше, чем их суммарная площадь

Рис. 4.5. Схема печатной секции ротационной машины высокой печати при повороте формного и печатного цилиндров на угол φ 1(а) и φ 2(б)

1 печатный цилиндр; 2 формный цилиндр; 3 декель; 4 печатная форма

при угле поворота φ2 . При этом давление в зоне контакта при φ1 и φ2 не будет одинаковым:

;

Так как то .

Поскольку количество п печатающих элементов, попадающих в полосу контакта, может меняться в широких пределах при повороте цилиндров печатной пары, а площади их не коррелированы с изменением их числа, то давление в высокой печати будет различным в каждой полосе контакта и может значительно превосходить допустимый интервал рmin —ртах Из выражения (4.3) следует, что величина давления при φ1 будет во столько раз меньше, чем при угле φ2, во сколько суммарная площадь печатающих элементов при φ1больше, чем при φ2.

Выполнение требования (4.2) к давлению в высокой печати при силовом способе задания возмущения было бы возможно только в случае, если бы суммарная сила менялась по закону, строго соответствующему закону изменения суммарной площади печатающих элементов в каждой полосе контакта. Но силовой способ задания возмущения основан на задании неизменной суммарной силы F=const, следовательно, условие (4.2) не может быть выполнено и силовой способ задания давления неудачен для использования его в машинах высокой печати.

В машинах плоской офсетной и глубокой печати силовой способ задания давления обеспечивает выполнение и второго требования к давлению печатания, т. е. его неизменности на протяжении печатания тиража:

Каким же образом создается давление в зоне контакта машины высокой печати? Каким образом создаются условия для печатания на одной и той же печатной машине с различных по характеру печатных форм (акцидентных, текстовых, иллюстрационных) с разным коэффициентом заполнения, требующих различной по величине суммарной силы F в зоне контакта? В печатных машинах высокой печати используется кинематический способ создания давления.

Кинематический способ создания давления. В отличие от силового способа при кинематическом способе независимо задаваемой величиной является деформация упругого декеля α=const (кинематический фактор). Этот способ состоит в сближении (с помощью механизма натиска) опорных поверхностей печатного цилиндра и талера с плоской печатной формой в плоскопечатной машине или печатного и формного цилиндра с формой в ротационной машине до расстояния, меньшего толщины декеля в несжатом состоянии. Величина зазора hзаз, между поверхностями печатной пары конструктивно строго определена для каждого типа печатных машин. Постоянство величины зазора обеспечивается в первую очередь жесткостью печатного узла. Величина зазора может составлять, например, для газетных агрегатов 3,8 или 4,2 мм, для рулонных книжно-журнальных ротационных машин 2,0 мм, листовых, ротационных и плоскопечатных машин— 1,5 или 1,25 мм. Если закрепить на печатном цилиндре декель, толщина которого соответствует величине зазора в печатной паре, то никакого давления в зоне печатания не возникнет. Упругий декель, превышающий по толщине в несжатом состоянии величину зазора, проходя зону контакта, сжимается, при этом в нем. возникают внутренние напряжения, определяемые величиной его деформации и жесткости. Величина деформации сжатия декеля при этом является задаваемой величиной α, определяемой как разность между толщиной декеля в несжатом состоянии h0 и величиной зазора в печатной паре: α=h0 - hзаз. Если принять материал декеля идеально упругим, то давление печатания при этом будет являться однозначной функцией величины деформации декеля и его удельной жесткости:

(4.4)

где Су.Д. — жесткость участка декеля единичной площади,

Давление, как видно из (4. 4), не зависит ни от количества, ни от площади печатающих элементов в зоне печатного контакта. Поскольку величина деформации декеля и его жесткость постоянны для каждого состава декеля при каждом единичном печатном цикле, давление по всей площади печатной формы также будет иметь постоянную величину (не учитывая в первом приближении явление краевого давления). Таким образом, обеспечение первого требования к давлению в высокой печати возможно только при использовании кинематического способа задания давления. Величину давления при этом можно при необходимости регулировать , используя декели различной жесткости. На практике так и поступают, применяя декели большей жесткости, если нужно увеличить давление при печатании, и наоборот.

Суммарная сила F не будет являться постоянной величиной в каждой полосе контакта при этом способе задания давления, она будет зависеть от суммарной площади печатающих элементов, попадающих в ту или иную полосу контакта, и будет автоматически изменяться при повороте цилиндров печатной пары:

(4.5)

Как видно из выражения (4.5) и рис. 4.5, возникающая суммарная сила F будет тем больше, чем больше суммарная площадь печатающих элементов в полосе контакта.

Каждый печатающий элемент формы в зависимости от его площади Sэлi при кинематическом способе задания давления воспринимает в зоне печатания различную силу Fэлi, пропорциональную его площади:

Подводя итоги, можно отметить, что кинематический способ задания давления обеспечивает: одинаковую по всей площади печатной формы величину давления в пределах рmin —ртах самопроизвольное регулирование силы, приходящейся на каждый печатающий элемент формы, пропорционально его площади; самопроизвольное регулирование суммарной силы в полосе контакта в зависимости от суммарной площади печатающих элементов в ней.

Практическое использование данного способа создания давления имеет ряд особенностей:

во-первых, кинематический способ создания давления непременно требует упругой прокладки — декеля на печатном цилиндре;

во-вторых, обеспечение одинаковой величины давления по площади печатной формы зависит от обеспечения точности геометрических параметров (толщины) печатной формы, декеля, равномерности величины зазора в печатной паре. Значительные отклонения названных величин от номинальных размеров приводят к разбросу величины давления по площади печатной формы, который может превосходить допустимый интервал рmin —ртах;

в-третьих, наряду с кинематическим возмущением может возникнуть и параметрическое, т. е. возмущение, связанное с изменением параметров системы (в нашем случае местное изменение жесткости декеля); разброс значений механических характеристик по площади декеля вызовет соответствующий дополнительный разброс давления по площади печатной формы;

в-четвертых и в-пятых, при использовании в качестве декелей материалов с ярко выраженными вязкоупругими свойствами неизбежны зависимость давления от скорости печатания и явление релаксации напряжения в декеле. Последнее неизбежно приводит к падению величины давления при печатании тиража. При этом чем сильнее выражена вязкая составляющая в деформационной характеристике декеля, тем заметнее проявление двух последних особенностей кинематического способа создания давления.

4.2. Декели печатных машин и их деформационные свойства

Назначение декеля при кинематическом способе задания давления (как было показано ранее) состоит в создании легко регулируемого по величине давления печатания. Упруговязкому декелю присуща также способность частично компенсировать разброс давления, вызываемый неточностью изготовления и недостаточной жесткостью печатного устройства и отклонениями от номинальных значений толщины печатной формы и декеля. Декели, применяющиеся в печатных машинах различных типов и разных способов печатания, многообразны по своему составу.

В машинах высокой печати применяются, как правило, многослойные декели, состоящие из листов картона и бумаги разной жесткости. Для повышения упругих свойств декелей в их состав вводят текстовинит , тонкое пробковое полотно, прорезиненные ткани, синтетические пленки, а также специальные декельные материалы типа полидек , декпласт и другие .

В офсетных печатных машинах в качестве декельных материалов используют специальные резинотканевые пластины различной жесткости. Кроме них, в состав декеля могут входить картон (различной толщины и жесткости), текстовинит (раньше широко применялась шерстяная кирза) и другие материалы. Офсетные резинотканевые пластины, являющиеся основной составляющей частью декеля, представляют собой, как правило, многослойную прорезиненную ткань с односторонним резиновым покрытием. Все более широко начинают применяться резинопробковые декельные материалы, резинотканевые пластины с микропористым слоем и др. (см. главу 16).

В листовых машинах глубокой печати, также как правило, применяют составной декель. Он может включать резиновое полотно и находящиеся под ним листы картона или плотной бумаги. В современных рулонных машинах глубокой печати печатный цилиндр не имеет составного декеля, а, как правило, целиком покрыт обрезиненным слоем, выполняющим роль декеля.

Все названные материалы, используемые в составе декелей различных печатных машин, относятся к особой группе — группе высокополимерных материалов.

В отличие от твердых тел, которым свойственна большая прочность при очень малых величинах обратимых деформаций, и в отличие от жидкостей, для которых характерна способность к неограниченным деформациям при отсутствии ощутимой прочности, высокополимерные материалы обладают достаточной прочностью при довольно больших величинах обратимых (высокоэластических) деформаций. К высокополимерным материалам относятся все материалы животного или растительного происхождения (например, хлопок, целлюлоза, шелк, шерсть, натуральный каучук и др.), а также синтетические каучуки, синтетическое волокно, пластические массы и другие материалы.

Можно попытаться объяснить особенности деформационных свойств высокополимерных веществ, рассмотрев особенности их молекулярного строения.

С точки зрения молекулярного строения высокополимерные материалы — это вещества, состоящие из очень больших линейных или разветвленных молекул, образованных из многих химических групп (звеньев) (рис. 4.6). Молекулы такого цепного строения обладают большой гибкостью.

Рис. 4.6. Структура молекул высоко-полимерного вещества

Гибкость молекулы придает некоторую свободу движения отдельным ее частям, т. е. отдельные участки или звенья длинной гибкой цепной молекулы могут перемещаться неодновременно при внешнем воздействии на полимер. Это первое, что может объяснить аномальный комплекс свойств полимеров. Во-вторых, молекулы высокополимерных веществ состоят из отдельных звеньев (мономеров), причем отдельные участки звеньев и некоторые звенья в целом (удаленные от основной стержневой цепочки) имеют различную степень свободы и, следовательно, могут иметь разную подвижность. Можно сказать, что каждая молекула полимера является сложной системой, обладающей множеством внутренних степеней свободы. Это объясняет разную подвижность отдельных участков звеньев и звеньев в целом при внешнем воздействии на полимер.

В связи с отмеченными особенностями строения молекул высокополимерных веществ для них характерно проявление двух видов деформационных процессов при внешнем силовом воздействии: один связан с малыми и быстрыми смещениями отдельных участков звеньев (имеющих большую степень свободы), тождественными тепловым колебаниям частиц твердых тел; второй — с медленным перемещением во времени групп звеньев молекулы, имеющих малую степень свободы.

Любое взаимное перемещение участков цепных молекул или их звеньев требует определенного времени. Поэтому полимерам свойствен набор времен установления механических равновесий (времен релаксации), вследствие чего механические свойства полимеров всегда зависят от продолжительности их деформации. При длительном внешнем силовом воздействии на полимеры им свойственно явление ползучести, т. е. развития (накапливание) деформации во времени.

В условиях постоянно заданной величины деформации для полимеров характерно явление релаксации напряжений, т. е. уменьшения внутренних напряжений во времени. Декели в печатных машинах также находятся в условиях постоянно заданной величины деформации, поэтому уменьшение внутренних напряжений в них может приводить к уменьшению давления при печатании.

4.2.1. Особенности деформационных свойств декелей и декельных материалов

Так как декели, сжимаясь в зоне контакта, непосредственно участвуют в создании давления печатания, важно знать их основные деформационные свойства . Рассмотрим развитие деформации в декеле, состоящем из высокополимерных материалов, под воздействием заданной нагрузки постоянной величины F = const) в течение некоторого времени и спад деформации после ее снятия (F=0) – рис. 4.7.

Рис. 4.7. Развитие деформации в декеле под действием нагрузки постоянной величины и после ее снятия

На графике по оси абсцисс отложено время t, по оси ординат — относительная деформация ε. В момент t1 приложения нагрузки в декеле возникает мгновенная деформация сжатия (участок ОА). В течение времени t1—t2 деформация сжатия декеля постепенно возрастает (участок кривой АВ), причем заметно, что скорость накапливания деформации постепенно падает. Общая суммарная деформация сжатия декеля за время t1—t2 определяется на графике как 01В. При снятии нагрузки (в момент времени t2) часть деформаций мгновенно исчезает (участок ВС). Затем в течение времени t2—t3 наблюдается постепенное уменьшение деформации (участок кривой СD). В точке, соответствующей времени t3 (время окончания наблюдений), спад деформаций практически прекращается. Оставшаяся в декеле деформация соответствует участку DО2. Анализ кривой кинетики (развития и спада) деформации в декеле в данном режиме испытаний показывает, что состав деформаций декеля неоднороден. В момент приложения и снятия нагрузки в декеле возникает и исчезает теоретически мгновенно обратимая упругая деформация — εу (рис. 4.7). В течение времени t1—t2 в декеле постепенно развиваются, накапливаются эластические и остаточные деформации. За время t2—t3 эластические деформации εэл постепенно исчезают. В момент t3 (время, соответствующее окончанию наблюдений) остается часть деформаций (участок DО2), не исчезнувших за время «отдыха» декеля после снятия нагрузки в течение времени t2—t3,— это остаточные деформации εост. Итак, как видно из графика (рис. 4.7), общая, или суммарная, деформация декеля состоит из:

(4.6)

Каков механизм развития этих деформаций, в чем их существенное различие и какую роль они играют в процессе создания давления в печатных машинах?

Упругая деформация εу, возникающая и исчезающая практически мгновенно, вызвана мгновенными перемещениями под действием нагрузки отдельных участков звеньев молекул, имеющих большую степень свободы.

Остаточная, или истинная пластическая, деформация εост вызванная необратимым смещением молекул относительно друг друга с преодолением межмолекулярных связей, в высокополимерных материалах практически неосуществима. Смещение относительно друг друга разветвленных, переплетенных между собой макромолекул затруднено. Поэтому механизм накапливания остаточной деформации в полимерных материалах можно представить как последовательное перемещение (в соответствии со степенью свободы) отдельных звеньев цепи (молекулы), сопровождающееся постепенным распрямлением гибких цепей. Так как все звенья взаимосвязаны, то при деформации в них возникают и накапливаются внутренние напряжения, приводящие к механической обратимости деформаций. Действительно, остаточные деформации в полимерах (декельных материалах) после снятия внешнего воздействия при длительном времени наблюдения можно не обнаружить (их более быстрому исчезновению способствует, например, увлажнение материала). (Последнее часто используется на производстве для ускорения восстановления деформационных свойств декельных материалов.) Таким образом, за остаточную деформацию εост в дальнейшем будем принимать деформацию, не успевающую исчезнуть после снятия внешнего воздействия на декельный материал при заданных технологических режимах испытаний.

Эластическая деформация εэл, так же как и упругая, является обратимой, но она развивается и исчезает во времени. Специалисты, изучающие деформационные свойства высокополимеров, считают, что эластическая деформация в них неоднородна. Она состоит из суммы отдельных деформаций, различающихся между собой скоростью их развития. Вслед за упругой деформацией, возникающей практически мгновенно, при условии неизменно действующей нагрузки начинают появляться эластические деформации, вызванные перемещением во времени отдельных участков звеньев молекулы высокополимера, имеющих достаточно большую скорость перемещения. Эти деформации развиваются с большой скоростью и так же быстро исчезают после снятия нагрузки. В дальнейшем мы их будем называть быстрыми эластическими деформациями. Если воздействие внешней нагрузки продолжительно, то успевают перемещаться (или менять угол, ориентацию и т. п. относительно стержневой цепочки молекулы) и более «связанные», т. е. имеющие меньшую свободу перемещения, участки звеньев и звенья молекулы в целом. Эти деформации развиваются во времени медленно и так же медленно исчезают после снятия нагрузки, их будем называть медленными эластическими деформациями.

Чтобы убедиться в неоднородности состава эластической деформации в реальных декельных материалах, рассмотрим кривую спада эластической деформации, представленную на рис. 4.7 (участок СD). Как видно из рис. 4.7, эта кривая асимптотически стремится к прямой, параллельной оси времени, т. е. она носит характер, приближенный к экспоненциальному, и в первом приближении может быть аппроксимирована следующим уравнением экспоненты:

(4.7)

где εэл — величина эластической деформации после снятия нагрузки за время наблюдения (t); εэл0 — величина эластической деформации, накопленной в материале к моменту снятия нагрузки; t - время наблюдения, при котором определяется величина; τ — время релаксации, так называемое «собственное время системы».

Уравнение экспоненты имеет постоянное значение величины характеризующей время перехода системы в равновесное состояние. В декельных (высокополимерных) материалах, как было отмечено ранее, процесс спада эластической деформации определяется целым рядом физических процессов на уровне молекулярных связей и величина τ может оказаться переменной.

Анализ экспериментально полученных для разных декелей и декельных материалов кривых эластической деформации показывает, что время релаксации τ действительно не является постоянной, неизменной величиной для одного и того же материала или декеля.

В качестве примера в табл. 4.1 представлены экспериментально полученные в течение времени наблюдения t величины эластической деформации εэл для декельного материала текстовинита.

4.1.Величины эластической деформации и соответствующие им расчетные значения времени релаксации текстовинита

t, c 1 3 10 25 55 115 300 600

εэл(t) 0,035 0,033 0,028 0,022 0,017 0,010 0,005 0,002

τ 12,0 21,54 33,20 45,80 68,87 86,10 147,6 203,0

Зная также величину начальной эластической деформации εэл0 = 0,038 и пользуясь уравнением (4.7), можно рассчитать значение времени релаксации в любой точке экспериментальной кривой, полагая ее экспонентой.

Как видно из табл. 4.1, величина т не является постоянной. Практически каждой точке кривой эластической деформации соответствует свое время релаксации. Это подтверждает, что эластическая деформация в реальных декельных (высокополимерных) материалах протекает не с одинаковой скоростью и что кривую эластической деформации можно аппроксимировать одним уравнением экспоненты только при очень грубом приближении. В действительности, чтобы отразить особенность протекания эластической деформации в высокополимерных материалах и учесть эту особенность в дальнейшем (при расчетах величины давления), кривая эластической деформации должна быть представлена рядом экспонент с различным временем τ. Как показали проведенные эксперименты, с достаточной точностью эластическую деформацию декельных материалов можно представить пятью экспонентами с временем т, отличающимся на один порядок в пределах от 0,1 до 1000 с.

Итак, анализ эластической деформации в декельных материалах показывает наличие быстрых (с малым временем τ) и медленных (с большим значением τ) эластических деформаций. Количественные значения быстрых и медленных эластических деформаций в значительной мере определяют поведение декеля в печатной машине. Быстрые эластические деформации успевают полностью развиваться за время (tра6 сжатия декеля в полосе контакта и полностью исчезать за время «отдыха» (tотл декеля между двумя циклами сжатия. Эти деформации декеля, наряду с упругими, участвуют в создании давления печатания. Медленные эластические деформации развиваются постепенно, с ростом числа циклов работы печатной машины. За время «отдыха» декеля (tотл) они не успевают полностью исчезнуть и постепенно накапливаются декеле, играя роль необратимых остаточных деформаций.

При выборе материала декеля важно знать количественный ) состав его деформаций (εу,Σεэл,εост), а также количественное значение быстрых и медленных эластических деформаций. Преобладание в суммарной деформации декеля упругих и быстрых эластических деформаций должно обеспечить неизменную величину давления при длительном времени работы печатной машины. Чтобы убедиться в этом предположении и подтвердить его расчетным путем, необходимо аналитическое представление деформационных процессов и вызванных ими напряжений в декеле в процессе печатания. Этим вопросам и будут посвящены следующие разделы.

4.2.2. Расчетная модель процесса создания явления печатания

Для аналитического представления деформационных явлений, протекающих в декеле в процессе печатания, для проведения расчетов величины давления и его изменения при печатании тиража и т. п. необходимо уметь представить декель в виде идеализированной механической модели. Надо сказать, что вообще любое математическое описание процесса, любой расчет базируются на представлении реального объекта упрощенной идеализированной моделью.

Наша задача заключается в составлении такой механической модели декеля, которая отражала бы его основные деформационные свойства. Из 4.2.1 известен характер деформаций, возникающих в реальном декеле при приложении и снятии постоянен по величине нагрузки. Степень соответствия кривых кинетики деформации реального декеля и его идеализированной механической модели, полученных в одинаковых режимах деформирования, может служить критерием соответствия данной модели идеальному декелю. На рис. 4. 7 приведена кривая кинетики деформации декеля при действии постоянной по величине нагрузки и числе ее снятия. Исходя из сказанного, нужно разработать такую механическую модель декеля, при деформировании которой в тех же УСЛОВИЯХ можно было бы получить аналогичную кривую кинетики деформации. Состав суммарной деформации декеля раскрыт в уравнении (4. 6), из которого следует, что она состоит из упругой, пластических и остаточной деформации. Следовательно, модель декеля должна включать в себя элементы, обладающие упругими, эластическими и пластическими (вязкими) свойствами.

Известно, что аналогом элемента, обладающего упругими свойствами, является идеализированная пружина без внутреннего трения, аналогом элемента, обладающего пластическими свойствами, является поршень в цилиндре с жидкостью определенной вязкости. Различное сочетание этих двух элементов — их параллельное и последовательное соединение — позволит отразить основные упругоэластопластические свойства реального декеля.

Рис. 4.8. Идеализированные модели упругих, вязких и упруговязких элементов и их деформационные характеристики

Для составления модели декеля с использованием названных элементов, аналитического описания и графического представления процессов, протекающих в них, рассмотрим последовательно деформации и напряжения, возникающие при нагружении постоянной силой (F = const) и при разгрузке (F = 0), применительно л четырем моделям (рис. 4.8).

Зная деформационную кривую реальных декелей и декельных материалов в условиях сжатия под постоянной нагрузкой и при ее снятии, попытаемся из этих элементов составить механическую модель, деформационные свойства которой соответствовали бы свойствам реального декеля.

В качестве нагрузки будем рассматривать давление р, созываемое некоторой силой F, действующей на единичную площадь поверхности декеля, уравновешенное напряжением сжатия о в материале декеля. Поскольку напряженное состояние декеля интересует нас в данном случае только с точки зрения создания давления печатания, ограничимся рассмотрением одних лишь нормальных напряжений сжатия о. В этом плане касательные силы и напряжения представляют фактор второго порядка значимости .

Модель I (модель Гука) — идеализированная пружина, характеризующаяся модулем упругости Eу, моделирующая упругую деформацию. При приложении нагрузки постоянной величины в период времени t1—t2 в ней возникает упругая деформация , напряжение в модели равно При снятии нагрузки в период времени t2—t3 деформация и напряжение в модели становятся равными нулю (см. рис. 4.8, а).

Модель II (модель Ньютона) — поршень в цилиндре с жидкостью предельной вязкости η, моделирующий остаточную (пластическую) деформацию.

Деформация модели при действии нагрузки описывается уравнением (где t — время действия нагрузки), а напряжение в модели будет иметь вид .

При снятии нагрузки в период времени t2—t3 напряжение в модели исчезает, при этом скорость деформации равняется нулю, а величина деформации модели после снятия нагрузки останется без изменения, т. е. останется такая деформация, которую приобрела модель к моменту снятия нагрузки (рис. 4, 8, б).

Модель III (модель Максвелла) — последовательное соединение упругого и вязкого элементов. При приложении нагрузки в момент времени t1 (близкий к нулю) в модели возникает деформация упругого элемента, которая определяется (по аналогии с моделью 1) как затем в период времени t1—t2 с постоянной скоростью протекает (пластическая) деформация вязкого элемента, которая описывается уравнением . Общая деформация модели за время t1—t2 может быть представлена суммой деформаций упругого и вязкого элементов:

(4.8)

График деформации модели под нагрузкой и после ее снятия см. на рис. 4.8, в.

Напряжение в модели будет описываться уравнением

(4.9) Как видно из выражений (4.8), (4.9) и графика на рис. 4.8, в, деформации упругого и вязкого элементов модели суммируются, а величина напряжения в обоих элементах при последовательном их соединении одинакова.

При снятии нагрузки напряжение в модели становится равным нулю; деформация упругого элемента практически мгновенно исчезает, а деформация вязкого элемента во времени t2—t3 остается без изменения, так как аналогично модели II при снятии нагрузки скорость деформации ~ будет равна нулю.

Модель IV (модель Кельвина-Фойгта) — параллельное соединение упругого и вязкого элементов. При таком соединении создается сочетание свойств, позволяющих моделировать так называемую эластическую деформацию. Под действием нагрузки за время t1—t2 в модели возникает напряжение, равное сумме напряжений в упругом и вязком элементах. Величина этого напряжения может быть представлена уравнением .

Величина деформации в такой модели может быть получена решением этого уравнения относительно εэл. Для этого приведем его к виду неоднородного дифференциального уравнения 1-го порядка:

Решение этого уравнения относительно εэл известно, оно имеет вид

При снятии нагрузки на время t2—t3 напряжение в модели становится равным нулю, т. е. , а величина деформации при этом за время t2—t3 может быть получена решением другого уравнения (однородное дифференциальное уравнение первого порядка) относительно εэл. Это решение имеет вид

где — максимальная величина эластической деформации, накопленной за время t1—t2 (см. график на рис. 4.8, г).

Используя рассмотренные модели, попытаемся составить механическую модель декеля. Последовательное соединение аналогов упругой, эластической и пластической деформации, показанное на рис. 4. 9, а, будет являться приближенной механической моделью декеля. Если эту модель деформировать под нагрузкой постоянной величины в течение времени t1—t2, то кривая кинетики деформации модели будет иметь вид, показанный на рис. 4.9, б.

Рис. 4.9. Упрощенная механическая модель декеля а и кривая кинетики ее деформации б

В момент времени t1 приложения нагрузки возникает упругая деформация εу, соответствующая деформации упругого элемента модели. При действии нагрузки в течение времени t1—t2 вследствие деформации эластичного и вязкого элементов модели постепенно накапливаются эластическая и пластическая деформации. Одновременно со снятием нагрузки упругая деформация исчезает, эластическая деформация постепенно уменьшается до нуля в течение времени t2—t3, остаточная деформация остается неизменной величиной и после снятия нагрузки за время t2—t3 (см. рис. 4. 8,в).

Сравнивая кривую кинетики деформации реального декеля (рис. 4.7) с кривой кинетики деформации механической модели (рис. 4.9, б), убеждаемся в определенном соответствии их деформационных характеристик. Следовательно, механическая модель декеля в первом приближении может иметь трехзвенную структуру, представленную на рис. 4.9, а. Однако детальное сравнение двух деформационных кривых обнаруживает ряд несоответствий между ними.

Различие деформационных кривых реального декеля и модели заключается, во-первых, в том, что начальные вертикальные участки деформационной кривой нагружения и разгрузки в реальных декелях, как видно из рис. 4.7, не равны между собой, а в деформационной кривой механической модели они одинаковой величины. Это свидетельствует о том, что в момент приложения нагрузки в декельных материалах одновременно с упругой деформацией возникает некоторая мгновенная деформация, которая, в отличие от упругой, не исчезает и после снятия нагрузки. Это мгновенная остаточная деформация εм.ост. Она возникает вследствие разрушения выступающих над поверхностью материалов декеля отдельных волокон, а также некоторого уплотнения материалов за счет вытеснения воздуха из пор и раковин и из-за их смятия. Механическим аналогом такого элемента, деформация которого возникает одновременно с приложением нагрузки и не исчезает после ее удаления, может служить механическое звено, фиксирующее максимальную деформацию, зависящую от величины прилагаемой нагрузки. На рис. 4.10 показана механическая модель мгновенной остаточной деформации, представленная элементом, символизирующим фиксацию (запоминание) максимальной деформации, остающейся неизменной и после снятия нагрузки. Условный модуль мгновенной остаточной деформации Ем.ост показывает, что величина εм.ост. зависит от величины прилагаемой нагрузки. Относительная величина мгновенной остаточной деформации может быть представлена как

Рис. 4.10. Механическая модель мгновенной остаточной деформации

При постоянно заданной величине деформации модели, включающей элемент, моделирующий мгновенную остаточную деформацию, в первый момент деформирования заданная деформация распределится между упругой и мгновенной остаточной деформацией, так как звенья модели, включающие элементы вязкости, не успевают деформироваться (при t близком к 0), т. е. . Величины εу и εм.о можно представить как ;

. Тогда ,откуда .

Выражение назовем начальным эффективным модулем упругости и обозначим Е':

(4.10)

Во-вторых, механическая модель декеля, представленная на 4.9, а, не учитывает сложный характер эластической деформаций, которая, как было показано, протекает с различной скоростью. Чтобы учесть эту особенность деформации реальных декельных материалов, механическую модель декеля следует представить не одним, а несколькими звеньями эластической деформации.

Как было показано выше, с достаточной точностью модель эластической деформации может быть представлена пятью упруго-узкими звеньями, время релаксации которых отличается на один порядок.

Таким образом, с учетом мгновенной остаточной деформации сложного состава эластической деформации, уточненная механическая модель декеля будет иметь вид, показанный на рис. 4. 11, где дано и аналитическое описание каждого звена модели.

Создав механическую модель декеля, с достаточной точностью отражающую его деформационные свойства, мы получили возможность аналитического представления деформационных процессов, протекающих в декеле при его деформации сжатия, возможность рассчитывать напряжение сжатия в декеле σ (t) или численно равное ему давление при любом цикле печатания тиража, судить о его стабильности в процессе печатания.

Иными словами, мы имеем расчетный аппарат, с помощью которого можно прогнозировать величину давления для любого цикла печатания тиража. Для проведения такого расчета необходимо в аналитическом представлении задать данной модели режим деформации, соответствующий действительному режиму деформации декеля в печатной машине.

Рис. 4.1 1. Обобщенная механическая модель декеля

4.2.3. Деформация декеля в условиях работы печатной машины

Деформация сжатия декеля в печатной машине возникает при входе его в жесткий зазор между печатным и формным цилиндрами и формой (в ротационной печатной машине) или между печатным цилиндром и плоской печатной формой (в плоскопечатной машине). Время деформации декеля в этом зазоре зависит от скорости работы печатной машины, диаметра печатного цилиндра, жесткости декеля.

С помощью рис. 4.12 рассмотрим качественную картину процесса сжатия декеля, состав его деформации, а также возникающие при этом величины давления в зоне печатания при нескольких печатных циклах.

Рис. 4.12. Сжатие декеля в зоне контакта при нескольких печатных циклах

Рассмотрим элементарную полоску ΔD декеля, имеющую при подходе к полосе контакта в первом печатном цикле некоторую толщину Н1, которая определит координату начала полосы сжатия (точка а1) и возникновения давления печатания в первом печатном цикле. При прохождении полосы сжатия элементарная полоса ΔD деформируется (сжимается), максимальная величина ее деформации при первом цикле сжатия будет равна dd1. Она являeтся по существу задаваемой величиной и определяется как разность между толщиной декеля до сжатия Н1, или d1е, и величиной зазора в печатной паре (между формным цилиндром с формой и печатным цилиндром) dе. Назовем эту деформацию возмущающей и обозначим .

Максимальная величина давления, возникающего при первом цикле сжатия декеля, будет равна где (Суд — удельная жесткость декеля).

По мере удаления полоски ΔD от плоскости осей цилиндров печатной пары 0102 начинается восстановление толщины декеля за счет проявления его упругих свойств. В точке 01 наступит потеря контакта между цилиндрами печатной пары и исчезновение давления печатания. За время, пока печатный цилиндр совершит полный оборот, толщина элементарной полоски декеля будет останавливаться. Однако в общем случае, из-за наличия остаточных и медленных эластических деформаций, которые не успевают за это время полностью исчезнуть, она не достигнет первоначальной толщины Н1, а будет иметь несколько меньшую толщину Н2, вследствие чего деформационный цикл будет отличаться от предыдущего. При втором печатном цикле начало полосы контакта, а следовательно, и начало возникновения давления определится точкой а2, потеря контакта — точкой с2. Максимальная деформация сжатия декеля при втором цикле сжатия будет dd2. Она меньше деформации за первый цикл на величину d1d2, т. е. на величину деформации, не успевшей исчезнуть после первого цикла сжатия. Величина давления, достигаемого при втором цикле, будет определяться как .

Очевидно, р2 dd2> ddп, а необратимых растет с каждым циклом d1d2

Показать полностью…
Похожие документы в приложении