CC BY
146
УДК 655.225:532.529
РАСЩЕПЛЕНИЕ КРАСКИ НА ВЫХОДЕ ИЗ ЗОНЫ ПЕЧАТНОГО КОНТАКТА
Л.Г. Варепо, А.В. Паничкин, В.И. Бобров
Использована конечно-разностная аппроксимация системы уравнений Навье-Стокса для моделирования процесса переноса печатной краски между вращающимися цилиндрами печатного аппарата листовой офсетной машины. Определено «пыление» краски при расщеплении красочного слоя на выходе из зоны печатного контакта для конкретно заданных компонентов печатной системы «печатная машина - печатная краска - запечатываемый материал».
Ключевые слова: пыление краски, конечно-разностная аппроксимация, печатный аппарат, запечатываемый материал, зона печатного контакта.
На выходе из зоны печатного контакта между офсетным и печатным цилиндрами печатного аппарата офсетной машины происходит разделение краски и бумаги (заключительная стадия). Особенность заключительной стадии как с кинематической, так и с динамической точек зрения, обуславливается наличием пористой красковоспринимающей поверхности (бумаги).
В процессе расщепления печатной краски формируются так называемые красочные нити и вследствие быстрого растяжения краски отдельные капли, которые приводят к возникновению эффекта «пыления». Пыление - это результат дробления красочных нитей на множество мелких частиц и интенсивного разбрызгивания этих частиц в окружающее пространство под действием центробежных сил [1]. Причины, вызывающие пыление краски, различны. На уровень пыления влияют шероховатость ролей, толщина красочной пленки, свойства краски и кавитация, обусловленная резким перепадом напряжений в красочном слое при выходе из зоны контакта и ряд прочих условий. Доля пыления увеличивается при более высоких скоростях и большей вязкости красок, что отрицательно сказывается не только на качестве печати, но и на здоровье и безопасности.
Для прогнозирования и количественной оценки печатной краски, перешедшей в красочные тяжи и участвующей в образовании «красочного пыления», проводили моделирование процесса переноса и расщепления печатной краски на выходе из зоны печатного контакта, при конкретно заданных компонентах печатной системы.
Методы решения
Для решения поставленной задачи применяются конечноразностные методы.
На фиксированной сетке вводятся подвижные граничные узлы для границы печатного цилиндра и свободной границы жидкости (краски), ко-
торая в начальный момент находится на офсетном цилиндре без относительного движения. В данной постановке расчет моделируемого процесса переноса и расщепления краски производится до определенного значения времени ^ пока печатный цилиндр находится в зоне контакта с краской, первоначально нанесенной на офсетный цилиндр и при начальном времени вступающей в контакт с печатным цилиндром.
При построении математической модели сделаны следующие предположения: слой краски на цилиндре вне зоны контакта равномерный, имеет одинаковую толщину и изменяется при прохождении через зону контакта. За переменные выбираются толщина слоя краски в зонах контакта, параметры цилиндра и бумажной ленты.
Обсуждение результатов
Реализация используемого подхода выполнена с помощью разработанного алгоритма численного решения уравненияй Навье-Стокса несжимаемой жидкости на конечно-разностных сетках, которые в данной постановке задачи при заданных условиях исследуемого процесса примут следующий вид:
где V - кинематическая вязкость, р - плотность жидкости (краски), Р - давление, ^ - радиус цилиндра, ю - угловая скорость.
Подробное описание алгоритмов численного и графического моделирования переноса краски между печатным и офсетным цилиндрами печатного аппарата представлено в работах [2, 3]. Отличительная особенность подхода данного решения заключается в том, что он позволяет получить количественную оценку переноса краски при офсетном печатании с поверхности красконесущего цилиндра на цилиндр с красковоспринимающей поверхностью на различных стадиях процесса для конкретно заданных компонентов печатной системы «машина - печатная краска - запе-
чатываемый материал».
В таблице приводится сравнительная оценка результатов моделирования переноса краски на бумагу с различными характеристиками поверхности и структуры: вариант 1 - бумага с большим содержанием наполнителя (зольность более 20 %) и с более микрошероховатой однородной поверхностью (шероховатость поверхности Ка < 0,5 мкм, гср пор ~
30... 100 нм); вариант 2 - бумага без наполнителя. Для варианта 2 - гср пор
и шероховатость поверхности Ка на порядок больше, чем у образца варианта 1. Численные решения на сетке 80х80 при числах Яв < 0,1 приведены при угловой скорости ю = 10 рад /с.
Результаты моделирования
Запечатываемый материал Номер вари- анта Шероховатость бумаги (Яа), мкм Сред- ний радиус пор нм Угловая скорость цилиндров рад / c Количество краски, перешедшей в пы-ление, %
Мелованная бумага 1 0,231 55 10 1,2006
Мелованная бумага 1 0,392 71 10 0,0820
Чистоцеллюлозная бумага 2 2,31 600 10 2,2424
Мелованный картон 2 0,495 968 10 2,1595
Анализ данных, представленных в таблице, показал следующее. Количество краски, фиксируемое на выходе из зоны печатного контакта в виде отдельных нитей или «пыление», при разделении красочного слоя между поверхностью офсетного цилиндра и поверхностью бумаги (вариант 1) значительно меньше, в сравнении с вариантом, когда в качестве запечатываемого материала пользуется бумага без наполнителя (вариант 2).
Графическая визуализация процесса переноса печатной краски с офсетного цилиндра на запечатываемый материал наглядно демонстрирует процесс взаимодействия печатной краски с запечатываемой поверхностью, отражает изменения, которые происходят в красочном слое в различные периоды времени и дает наглядное представление о процессе расщепления красочного слоя на выходе из зоны печатного контакта (рис. 1-3).
Бумага, с одной стороны, играет роль стимулятора кавитации (пузырьки воздуха находящиеся в ее порах и вытесняемые в краску под действием давлением действуют подобно центрам кавитации), а с другой -проявляет сложный тип деформационного поведения (деформации растя-
жения и изгиба в направлениях формонесущей и давящей поверхностей, линейная деформация).
Г '
■ '>:л щ)
-оаюмв .сдакта
РЯ.ЧГ
■о Л'гвд?
-Ь^роопГ
-а уягА х *<' чоро»ч
•а гк>1г>г1
»л.ФГДО'
а б
Рис. 1. Графическая визуализация процесса расщепления краски: 1 - печатная краска на офсетном цилиндре; 2 - печатная краска на запечатываемом материале; 3 - красочные нити; а - мелованная бумага; б - чистоцеллюлозная бумага
Рис. 2. Графическая визуализация процесса образования и роста
полости расщепления краски
Процесс кавитации состоит из двух стадий - образования и роста полости (рис. 2). На выходе из зоны контакта возникает сложное поле потока, воздушные пузырьки, уменьшая площадь поперечного сечения красочного слоя, одновременно создают условия для концентрации внутренних напряжений на границе раздела, ускоряющих деление слоя (рис. 3).
Рис. 3. Графическая визуализация процесса расщепления краски на выходе из зоны печатного контакта
Следует отметить, что явной корреляции между показателями микрогеометрии и структуры запечатываемого материала и количеством краски, перешедшей в красочное пыление, не наблюдается в виду влияния, вероятно, одновременно и других показателей.
Список литературы
1. Технология печатных процессов /А.Н. Раскин [и др.]. М.: Книга, 1989. С. 54.
2. Варепо Л.Г., Паничкин А.В., Бобров В.И. Конечно-разностная аппроксимация системы уравнений переноса печатной краски в процессе листовой офсетной печати // Известия высших учебных заведений. СевероКавказский регион. Естественные науки. 2013. № 2. С. 13-17.
3. Паничкин А.В., Варепо Л.Г., Бобров В.И. Численное моделирование переноса краски в зоне печатного контакта листовой офсетной печати // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2012. № 5. С. 30-36.
Варепо Лариса Григорьевна, канд. техн. наук, доц., Россия, Омск, Омский государственный технический университет, 913-617-92-92, [email protected],
Паничкин Алексей Васильевич, канд. физ.-мат. наук, 913-603-47-23,
[email protected], Россия, Омск, Омский филиал Института математики СО РАН им. С.Л. Соболева,
Бобров Владимир Иванович, д-р техн. наук, проф., 499-976-23-41, 7-985-257-7649, vbobrov [email protected], Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова,
INK SPLITTING A T OUTLET OF NIP CONTACT L.G. Varepo, A.V. Panichkin, V.I. Bobrov
In the work the finite-difference approximation of the Navier-Stokes equations has been used for modeling of ink transfer process from roll to roll of sheetfed offset printing machines by using. We quantified the ink “misting” during splitting process at outlet of nip contact for given components system "press - printing ink - printed material".
Key words: ink “misting”,fmite-difference approximation, printing machine, printed material, nip contact.
Varepo Larisa Grigorievna, candidate of technical science, Assos. Professor, 7-913617-92-92, [email protected], Russia, Omsk State Technical University,
Panichkin Alexey Vasilyevich, candidate of the physicist of mathematical sciences, senior researcher, 8-(381-2) 65-33-14, +7-913-603-47-23, [email protected], Russia, Omsk branch of the Institute of mathematics of the SB RAS. S.L. Soboleva,
Bobrov Vladimir Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, 8-499-976-23-41, + 7-985-257-76-49, vbobrov_mgup@mail. ru, Russia, Moscow State University of Printing Arts of the name Ivan Fedorov
УДК 686.1.027.4
АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СВЯЗИ СИЛЫ ДЕЛАМИНАЦИИ ОСТАТКОВ ПОЛИГРАФИЧЕСКОЙ ФОЛЬГИ С ИХ ДЕФОРМАЦИЕЙ И АДГЕЗИОННОЙ ПРОЧНОСТЬЮ
В.И. Бобров, Л.О. Горшкова
Представлена упрощенная аналитическая модель связи силы деламинации остатков полиграфической фольги с их деформацией и адгезионной прочностью.
Ключевые слова: полиграфическая фольга, тиснение, адгезионная прочность
При отделении основы полиграфической фольги с остатками красочных или металлизированных слоев, формирующих изображение, на пробельных участках она подвергается изгибу, образующегося от действия поперечной и продольной нагрузок.
Основа полиграфической фольги с остатками слоев находится под действием силы Р, располагаемой под углом а к горизонтальной оси х (ри-
