CC BY
15
Секция «Проблемы полиграфической техники и технологии»
Влияние колебаний накатного валика на равномерность слоя краски на печатной форме
Е.В. Федотов,
аспирант кафедры печатного и послепечатного оборудования.
Расчеты красочных аппаратов основаны на предположении, что слой краски, выходящий из точки контакта валиков или валика и печатной формы, делится пополам. Это предположение неоднократно подтверждалось экспериментами [1], и из него следует, что степень прижима валиков не оказывает влияние на толщину передаваемого слоя краски. Вместе с тем из опыта эксплуатации печатных машин известно, что колебания накатных валиков (обычно возникающих от удара валика о край технологической выемки) непосредственно сказываются на равномерности красочного слоя, накатываемого на печатную форму и, как следствие, на качестве оттиска [2], однако каких-либо количественных связей между колебаниями валика и неравномерностью печати не установлено. Между тем, такая связь необходима для обоснования требований к жесткости валика, ограничению зазоров в его подшипниках. Теоретические предпосылки, которые могли бы пролить свет на влияние колебаний валика на перепад толщины красочного слоя, к настоящему времени неизвестны, поэтому для его определения остается экспериментальный путь.
Из-за сложности возбуждения колебаний в красочном аппарате печатной машины поведение валика моделировалось на раскатном приспособлении к лабораторному пробопечатному устройству ЛПУ.
Лабораторное пробопечатное устройство состоит из двух стальных цилиндров-растиров, на которых лежит обрезиненный валик (рис. 1). Эти цилиндры приводятся во вращение электроприводом и
имеют систему осевого раската. В горизонтальном направлении обре-зиненный валик смещаться не может, так как его цапфы ограничены пазами станины. Вертикальные смещения обрезиненного валика измерялись лазерным датчиком, расположенным над этим валиком (рис. 2).
Алюминиевый
Рис. 1. Схема лабораторного пробопечатного устройства
Рис. 2. Схема экспериментального стенда на основе ЛПУ
В контакт с поверхностью обрезиненного валика можно подводить предварительно взвешенный алюминиевый ролик с нанесенной краской.
Толщина слоя краски на растирочном цилиндре оценивалась фотометрическим способом. Для этого использовался датчик, представляющий собой размещенную под растиром оптическую головку, и усилительный тракт денситометра ДО-1М. Сигнал, который снимался до логарифматора, фактически пропорционален световому потоку, отраженному от поверхности растира. Этот поток зависит от толщины слоя краски. Для определения этой зависимости была проведена тарировка.
Таким образом, стенд позволял оценивать и смещения валика в направлении растиров, и колебания слоя краски на них.
При тарировке толщина красочного слоя в раскатной системе оценивалась весовым методом в предположении, что в установившемся режиме толщина слоев на растирочных цилиндрах, резиновом валике и ролике-форме, входящем в комплект ЛПУ, одинаковы. Для оценки количества краски в системе ролик трижды взвешивался: до нанесения краски т0, после нанесения краски т1, но до контакта с растрами и после раската краски т2.
Разность в весах давала представление о массе краски в раскатной системе.
Толщину слоя после процесса раскатки можно определить двумя способами.
Во-первых, зная массу тс = т1 - т0 краски, поданную в систему, и площадь поверхности всех цилиндров, можно определить толщину х слоя краски на валике, ролике и растире выражением
_ тс _ т
Х_ 2лЛУ?)р'
где 5- суммарная площадь цилиндрических поверхностей цилиндров, валика и ролика;
5 _ 2л(ЯД + Лф1 +
где Л - радиус алюминиевого ролика; h1 - длина алюминиевого ролика; Л2 - радиус обрезиненного валика; h2 - длина обрезиненного валика; Л3 - радиус стального цилиндра; h3 - длина цилиндра; т - масса краски на стальном валике (находится экспериментально); р - плотность типографской краски, использованной в эксперименте (1800 кг/м3 = = 1,8 г/см3 = 1,8 мг/мм3).
Во-вторых, определив остаточную массу краски на ролике, можно определить толщину слоя на нем
х2 _ т -тъ _ т2 -тъ
52 -р 2лЛ^р'
где Я — радиус алюминиевого ролика; h1 - длина алюминиевого ролика; Бг — площадь цилиндрической поверхности ролика; Бг = 2жЯлЛг В нашем случае Бг = 8164 мм2; т2 — масса краски на ролике после раската (находится экспериментально).
Полученная в процессе тарировки экспериментальная связь между напряжением сигнала и толщиной слоя отображена на рис. 3.
Рис. 3. Взаимосвязь толщины слоя краски и измерительного сигнала,
XI — экспериментальная кривая рассчитанная первым способом,
Х2 — экспериментальная кривая рассчитанная вторым способом,
Л — аппроксимирующая зависимость
На рис. 3 также отображена аппроксимирующая зависимость:
Л = -1,544 • V+ 4,362, где Л — толщина красочного слоя в мкм; V — сигнал фотоэлектронного датчика толщины слоя (на выходе усилителя денситометра), в вольтах.
Перемещения валика определялись с помощью лазерного датчика. Тарировка лазерного датчика проводилась с помощью слоев (одинаковой по толщине) бумаги. Толщина 1 слоя бумаги составляла 0,15 мм. После наложения слоя бумаги фиксировались показания лазерного датчика.
Таблица 1
Тарировка лазерного датчика смещений
Толщина слоев бумаги, мм Показания оптического датчика, В
0 2,2
0,15 3,7
0,3 5,3
0,45 6,7
Тарировочная зависимость - линейная с коэффициентом 0,1 мм перемещения валика на один вольт сигнала.
Перед началом работы ролик (форма) взвешивался без краски. Затем до раската на него наносилась краска и он снова взвешивался (до раската). Разность в весах давала представление о массе краски в раскатной системе. После этого проводился раскат краски до создания равномерного слоя. Как показали опыты, для этого достаточно 30 с. Зная поверхность, по которой распределилась краска, с учетом ее удельной массы можно высчитать толщину слоя краски на валике, ролике и растире. Другой путь оценки слоя - взвешивание ролика после достижения установившегося раската. Разность этого веса и веса чистого ролика деленная на площадь ролика (с учетом удельной массы краски) позволяет оценить толщину слоя краски на ролике. Скорость раската краски была принята равной 0,5 м/с. Возмущения валика проводилось с тремя градациями силы: сильные, слабые и с отрывом резинового валика от поверхности стального, также различались серии ударов и одиночные удары.
На рис. 4 показаны результаты измерений, полученные при отсутствии силового воздействия на валик.
Величина перепадов толщины красочного слоя (без колебаний)
О °'65
о 5
рм
0,5 "
^ 5 °>45
201 401 601 801 1001 1201 1401 1601 1801 Время, мс
а
Перемещение валика (без колебаний)
0,25
< -0,2--
-0,25 -
Время, мс
б
Рис. 4. Сигналы датчиков при отсутствии силового воздействия на валик: а — толщина слоя краски; б— перемещение валика
Как видно из рисунке 4(б), амплитуда колебания валика в среднем 0,05 мм, изменение красочного слоя 0,05 мкм. Эти неравномерности вызваны, по-видимому, неровностями поверхности обрези-ненного валика и неравномерностями раската краски.
Импульсные перемещения валика 0,1-0,15 мм, рис. 5(6), вызванные небольшими ударами, сопровождаются импульсным изменением толщины на 0,1-0,15 мкм слоя краски рис. 5(а), причем запаздывание (между пиками импульсов смещений и импульсами толщины слоя) соответствует времени прохождении точки на периферии валика от зоны контакта до зоны контроля.
Величина перепадов толщины красочного слоя (слабое возмущение)
3Г---1----1-------------------■-—-—-■
Время мс
а
В 0,65 \- !! 0'6 - Перем ещен -( ие валика (слабое возм 1_ I ущение) -1-
! 1°::| -- -|035- < 0,31-,- 1 251 501 751 1 00 1 Время, мс 1251 1 501 1751 2001
6
Рис. 5. Сигналы датчиков при силовом воздействии на валик средней
интенсивности: а — толщина слоя краски; б— перемещение валика
Значительные перемещения валика, до 0,7 мм, рис. 6(6), вызывающие нарушение контакта, сопровождаются изменением красочного слоя до 0,2 мкм, рис. 6(а).
На основе собранных данных мы можем построить график зависимости толщины красочного слоя от величины амплитуды возмущения валика (рис. 7).
а
б
Рис. 6. Сигналы датчиков при силовом воздействии на валик, сопровождаемом нарушением контакта: а — толщина слоя краски; б— перемещение валика
Рис. 7. График зависимости амплитуды колебаний валика и неравномерности красочного слоя
Зная экспериментальные значения зависимости слоя краски от амплитуды колебания валика, попробуем определить максимально допустимое значение величины колебания.
В европейском стандарте ISO для офсетной листовой печати указан максимальный перепад значения оптической плотности, это значение мы будем использовать.
Оно равно 0,05 D [3].
Согласно закону Бугера-Ламберта-Бера [4] оптическая плотность пропорциональна толщине слоя краски. Если принять допустимое отклонение 0,05 D, то такой допуск при плотности 1,8 D составляет около 3%; таким образом и колебания слоя краски не должны превышать 3%. Толщина красочного слоя на оттиске при печати на машине листового офсета будет составлять 1 мкм. Тогда допустимый перепад в 3% - это 0,03 мкм. В этом случае, согласно графику на рис. 7, амплитуда колебаний валика не должна превышать 0,03 мм.
В данной работе экспериментально было показано, какое допустимое значение может принимать величина амплитуды возмущения накатного валика в ЛПУ. Данная методика могла бы дать ответ и для печатных машин, что требует работы с непосредственно красочным аппаратом.
Библиографический список
1. Митрофанов В.П. Печатное оборудование : учебник для вузов / В.П. Митрофанов, A.A. Тюрин, Е.Г. Бирбраер, В.И. Штоляков. -М. : МГУП, 1999. - 77 с.
2. Бородин В. Журнал «Полиграфия». - № 3. - 2002. - 88 с.
3. Стандарт ISO 12647-2:2004, «Полиграфические технологии. Управление процессами цветоделения, изготовления цветопроб и тиражных оттисков. Часть 2: Офсетная печать»
4. Шашлов А.Б. Основы светотехники : учебник для вузов / А.Б. Шашлов, Р.М. Уарова, А.В. Чуркин. - М. : Изд-во МГУП, 2002. - 63 с.
