Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор и анализ положения и перспектив развития трафаретной печати 13
1.1. Краткий исторический обзор 13
1.2. Принцип трафаретной печати 20
1.3. Обзор и анализ способов изготовления трафаретных печатных форм 23
1.3.1. Обзор и анализ материалов, применяемых
для сетчатой основы трафаретной печатной формы 23
1.3.2. Обзор и анализ светочувствительных слоев, применяемых при изготовлении трафаретных печатных форм 31
1.3.3. Обзор и анализ способов изготовления трафаретных печатных форм 34
1.3.3.1 .Прямой способ изготовления ТПФ 35
1.3.3.2. Косвенный способ изготовления ТПФ 37
1.3.3.3. Комбинированный способ изготовления ТПФ 38
1.3.3.4. Гальванопластический способ изготовления ТПФ 39
1.3.3.5. Изготовление ТПФ с использованием CtP-технологии 40
1.3.3.6. Изготовление ТПФ для трафаретной ротационной печати 41
1.4. Обзор способов получения изображений с помощью трафаретной печати 43
1.4.1. Обзор и анализ ракелей, применяемых в трафаретной печати 46
1.4.2. Краткий обзор красок, применяемых в трафаретной печати 53
1.5. Обзор и анализ исследований в области трафаретных печатных аппаратов 56
1.6. Обзор и анализ исследований красочных аппаратов, построенных по классической схеме 67
1.7. Выводы 71
Глава 2. Моделирование течения краски в трафаретном печатном устройстве с ракелем валкового типа 73
2.1. Обоснование выбора модели движения жидкости 75
2.1.1. Моделирования течения краски
с помощью модели течения вязкой жидкости 79
2.1.2. Моделирования течения краски с помощью модели течения идеальной жидкости 89
2.2. Разработка математической модели течения идеальной несжимаемой жидкости в рабочем слое при качении цилиндра по плоскости 94
2.3. Построение поля скоростей и определение давления в рабочем слое 126
2.4. Выводы 135
Глава 3. Средства и методика проведения экспериментальных исследований 137
3.1. Описание программ моделирования течения краски в трафаретном печатном устройстве с ракелем валкового типа 137
3.2. Описание измерительного комплекса для проведения натурного эксперимента по определению давления в рабочем слое 140
3.2.1. Описание лабораторного трафаретного печатающего устройства 142
3.2.2. Изменение скорости каретки 145
3.2.3. Схема установки тензодатчика 147
3.2.4. Описание схемы усилителя электрического сигнала 148
3.2.5. Тарирование тензодатчика 150
3.2.6. Методика проведения опытов по определению давления в рабочем слое краски 152
3.3. Определение зависимости деформации упругой покрышки от приложенной нагрузки 155
3.3.1. Определение деформации упругой покрышки валик-ракеля... 157
3.4. Экспериментальное определение сопротивления течения краски через сетку 160
3.5. Описание трафаретных печатных устройств с использованием ракеля валкового типа 164
3.5.1. Трафаретное печатное устройство
с ячеистой упругой покрышкой 164
3.5.1.1. Параметры ячеек на поверхности упругой покрышки 168
3.5.1.2. Определение зависимости деформации от нагрузки с учётом ячеек 174
3.5.2. Описание устройства с гладким валик-ракелем и плоским предракелем 176
3.6. Расчёт мощности привода печатного аппарата 178
3.7. Выводы 186
Глава 4. Определение базовых параметров построения трафаретного печатного устройства с использованием ракеля валкового типа 187
4.1. Экспериментальная проверка работоспособности математической модели течения краски в печатном устройстве с ракелем валкового типа 187
4.1.1. Экспериментальное определение давления в рабочем слое краски 188
4.1.2. Сравнение результатов вычислительного и натурного эксперимента 194
4.2. Влияние давления печати на процесс печатания ракелем валкового типа 227
4.3. Экспериментальная проверка работоспособности предложенных трафаретных печатных устройств с ракелем валкового типа 229
4.3.1. Определение работоспособности печатного устройства с валик-ракелем, имеющим ячеистую упругую покрышку 230
4.3.2. Результаты экспериментов по определению работоспособности трафаретного печатного устройства с ракелем валкового типа и предракелем 234
4.4. Применение разработанной модели для моделирования течения в увлажняющем аппарате офсетной печатной машины 238
4.5. Выводы 248
Заключение 248
Библиографический список
- Обзор и анализ способов изготовления трафаретных печатных форм
- Моделирования течения краски с помощью модели течения идеальной жидкости
- Описание измерительного комплекса для проведения натурного эксперимента по определению давления в рабочем слое
- Экспериментальное определение давления в рабочем слое краски
Введение к работе
Актуальность работы. Современный рынок полиграфических услуг характеризуется четким разделением на сегменты, в каждом из которых выпускается довольно узкий ассортимент полиграфической продукции. Самыми большими сегментами являются коммерческая печать и изготовление упаковки (36 % и 27 % соответственно) [161]. В работе [162] отмечается, что среди тенденций современного полиграфического рынка можно отметить:
увеличение доли высококачественной, высокосортной дорогостоящей печатной продукции до 45 % к 2010 году;
рост доли печатной продукции, изготовленной с помощью УФ-кра-сок и лаков до 10 % в год на ближайшие годы;
увеличение сложности печатной продукции как способ противодействия высокой насыщенности рынка;
значительный рост производства красок для трафаретной печати (на 4,4% к 2010 году).
Перечисленные тенденции развития полиграфического рынка непосредственно связаны с трафаретной печатью. Трафаретный способ печати имеет свои, традиционные ниши: печать на готовых изделиях, по текстилю, на сложных нетрадиционных поверхностях (от древесины до бетонных стен), радиоэлектроника, приборостроение и пр. Широкое применение трафарета позволяет получать устойчивый рост на рынке полиграфических услуг доли трафаретной печати до 4-6 % в год [163]. Указанные тенденции подтверждаются данными, приведенными в работе [164], в которой сообщается, что количество закупаемых по экспорту трафаретных печатных машин стоит на четвертом месте после листовых офсетных, флексографских, рулонных офсетных печатных машин. Это говорит о большом интересе производителей полиграфической продукции к трафаретной печати.
Кроме того, одним из направлений развития полиграфии является построение печатных линий с встроенными трафаретными секциями, в
7
частности в линии флексографской печати. Это позволяет получать необхо
димые свойства оттиска на больших тиражах с высокой скоростью, что наи
более востребовано при изготовлении этикеточной продукции, объёмы кото
рой постоянно растут. )
Таким образом, данный способ печати обладает известными положительными качествами, которые позволяют ему занимать значительную по объему часть рынка полиграфических услуг. В то же время, хорошо известны недостатки трафаретной печати, основные из которых следующие:
низкая производительность трафаретных плоскопечатных, наиболее распространенных, машин, обусловленная наличием холостого хода ракельной каретки;
большие геометрические искажения изображения на оттиске при использовании плоскопечатных машин из-за деформации сетчатой основы трафаретной печатной формы (ТПФ), которые возникают вследствие трения между ракелем и сеткой, а также наличия технологического зазора между сеткой и запечатываемым материалом;
невозможность использования в трафаретной ротационной печати печатных форм большого диаметра из-за деформации, которая возникает при воздействии ракеля на формный цилиндр. В текстильной промышленности, а также в обойном производстве, используются формные цилиндры диаметром до 500 мм, но они имеют большую (до 400 мкм) толщину формной основы, изготовленной, как правило, гальваническим способом. При этом размеры минимальных печатающих элементов соизмеримы с толщиной основы, что не позволяет получить изображение с высоким разрешением.
Указанные недостатки сдерживают развитие трафаретной печати. Одним из путей решения проблемы развития трафаретной печати является применение ракелей валкового типа, использование которых в трафаретных печатающих устройствах позволит:
повысить скорость печатания;
снизить графические искажения изображения на оттиске;
- расширить использование уникальных технологических и изобра
зительных возможностей;
— снизить цену печатной продукции, которая относится к группе высо
косортной и дорогостоящей.
Таким образом, в условиях роста использования трафаретной печати в полиграфии и других отраслях промышленности исследования, направленные на решение указанных проблем трафаретной печати, являются актуальными.
Цель диссертационной работы. Целью диссертационной работы является разработка основ теории и расчета трафаретных печатных устройств с ракелем валкового типа. В соответствии с целью в рамках диссертационной работы поставлены и решены следующие задачи.
Разработана математическая модель течения краски в рабочем слое ракельного механизма валкового типа.
Подтверждена работоспособность разработанной математической модели путем сравнения результатов натурных и вычислительных экспериментов в выбранном диапазоне параметров течения.
Определены коэффициенты, входящие в разработанную модель, для возможности её применения за пределами диапазона параметров течения в проведённых натурных экспериментах.
Методы и средства исследований. Исследования осуществлялись методом математического моделирования процесса течения краски в рабочем слое. Для моделирования применяли две модели течения: вязкой и невязкой жидкости. В первом случае использовали численное решение уравнения Навье-Стокса, для чего была разработана компьютерная программа на языке C++. Во втором — за основу модели течения краски взята теория движения идеальной жидкости, которая описывается уравнением Эйлера. На основании полученной модели течения краски разработан компьютерный программный комплекс, включающий три программы для вычислительной системы MathCad 2000. С помощью этого комплекса рассчитана картина обтекания
9 ракеля валкового типа краской, поле скоростей и давление в рабочем слое в
зависимости от различных параметров течения. Сравнительный анализ
возможностей обоих подходов позволил сделать вывод в пользу модели
течения идеальной жидкости.
Натурный эксперимент, проведенный для определения работоспособности предложенной математической модели, проводили с помощью исследовательского комплекса, в который входили: трафаретное лабораторное печатное устройство, электронное усилительное устройство, цифровой осциллограф, компьютер с соответствующим программным обеспечением. Были проведены эксперименты по определению давления в рабочем слое жидкости при использовании красок, обладающих разными свойствами. Полученные результаты обрабатывались с помощью программы EXEL.
Разработан и изготовлен лабораторный стенд для определения деформации упругой покрышки валик-ракеля в зависимости от давления при использовании выбранных упругих материалов (резины и несколько типов фотополимеров). По результатам проведенных экспериментов построены графики деформации упругих покрышек в зависимости от нагружения, получены модели их деформации. При разработке указанных моделей использовалась теория обработки экспериментальных данных.
Изготовлен испытательный стенд и проведены эксперименты по определению давления, при котором краска начинает протекать через сетчатую основу трафаретной печатной формы. Полученные результаты позволяют определить диапазон применимости трафаретного печатного устройства с ракелем валкового типа.
Проведенные натурные эксперименты подтвердили работоспособность разработанной модели течения краски в рабочем слое. Так же по результатам экспериментов были определены постоянные коэффициенты, применяемые в математической модели течения краски, которые позволяют применять разработанную модель течения краски вне пределов диапазона параметров течения, использованных в натурных экспериментах.
10 Кроме того, были проведены опыты по определению работоспособности предложенных вариантов трафаретных печатных устройств с ракелем валкового типа. Результаты опытов показали, что предложенные устройства имеют преимущества перед печатающими устройствами с плоским ракелем.
Личный вклад соискателя. Среди результатов, представленных в данной работе, автором самостоятельно получены следующие.
Математическая модель течения краски в рабочем слое при использовании ракеля валкового типа.
Разработан комплекс компьютерных программ, в которых реалии-зована математическая модель течения краски в рабочем слое.
Разработан и спроектирован лабораторный комплекс для проведения исследований по определению давления в рабочем слое краски при использовании ракеля валкового типа.
Разработаны и изготовлены лабораторные устройства для проведения испытаний по определению свойств материалов, применяемых в исследованиях.
Разработано техническое задание на разработку компьютерной программы решения уравнения Навье-Стокса, принято участие в программ-мировании и отладке программы.
Проведены вычислительные и натурные эксперименты по определению работоспособности предложенной математической модели течения краски в рабочем слое.
Предложено два варианта трафаретного печатного устройства с ракелем валкового типа, защищенные патентами на полезную модель, проведены опыты по определению работоспособности указанных устройств.
Сделаны практические рекомендации по расчету и проектированию трафаретных печатных устройств с ракелем валкового типа.
Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие положения.
Математическая модель течения краски в рабочем слое трафаретного печатного устройства с ракелем валкового типа.
Результаты экспериментов по определению оптимальных параметров трафаретного печатного устройства с ракелем валкового типа.
Рекомендации по расчету и применению указанных печатных устройств.
Варианты трафаретных печатных устройств с ракелем валкового типа и дозированной подачей краски.
Научная новизна исследований. Научная новизна работы заключается в:
аналитическом описании течения краски в рабочем слое трафаретного печатного устройства с ракелем валкового типа;
разработке научно обоснованных рекомендаций по расчету и эксплуатации трафаретных печатающих устройств с ракелем валкового типа;
определении диапазона применимости трафаретного печатающего устройства.
Практическая значимость работы. Практическая ценность работы заключается в получении результатов, позволяющих регулировать печатный процесс за счет изменения скорости движения ракельной каретки и скорости вращения валик-ракеля в зависимости от краски. Применение указанных печатных устройств позволит существенно расширить технологические возможности трафаретной печати и устранить причины, препятствующие её развитию. Практическая ценность исследований, определяется также возможностью использования результатов при расчете, проектировании и эксплуатации трафаретных печатных устройств с применением ракеля валкового типа. Кроме того, результаты работы могут применяться при исследовании увлажняющего аппарата непрерывного действия офсетной печатной
12 машины. Результаты диссертационной работы приняты к использованию в
ГУП Омская областная типография.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации обсуждались на Всесоюзном совещании по методам расчёта полиграфических машин-автоматов в г. Львове в 1987 г., на конференции «Научно-технический прогресс в полиграфии» в г. Москве в 1987 г., на первой всесоюзной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Госкомиздата СССР «Научно-технический прогресс в книжном деле» в г. Москве в 1988 г., на первой заочной международной научной конференции «Проблемы современной полиграфии» в г. Омске в 2002 г., на IV Международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» в г. Омске в 2002 г., на Межвузовской научно-практической конференции с международным участием в г. Омске в 2003 г., представлены в сборниках научных трудов различного уровня. В частности в сборниках, входящих в список ВАК, опубликовано 9 статей. Научная новизна предложенных технических решений подтверждается патентом на изобретение и двумя патентами на полезную модель.
Структура работы. Диссертация включает 324 страниц текста, содержит 130 рисунков. В основной текст включено 4 таблицы. Библиографический список содержит 171 литературный источник. В работе имеется 13 приложений, в которых приведены математические выражения, не включенные в основной текст, численные значения результатов, полученных экспериментально, а также тексты компьютерных программ.
Обзор и анализ способов изготовления трафаретных печатных форм
Пробельные и печатающие элементы формируются на сетчатой основе, закрепленной на формной раме. В плоской трафаретной печати применяются тканые сетки, которые изготавливают из синтетических или металлических нитей. Чаще всего для этих целей применяют нити из полиамида, полиэфира, нержавеющей стали, фосфористой или оловянистой бронзы. Эти материалы и сетки из них отличаются друг от друга механическими свойствами и ценой.
Кроме того, для трафаретной ротационной печати применяют цельнометаллические сетчатые основы, которые изготавливают методами гальванического осаждения или лазерного гравирования.
Опрос поставщиков расходных материалов и специалистов трафаретной печати, проведённый в нескольких городах России, показал, что в настоящее время в качестве основы ТПФ применяется в основном сетчатая ткань простого ткацкого плетения, выполненная из мононитей (рис. 1.4).
Это обстоятельство объясняется лучшей способностью к очищению от копировального слоя и краски при регенерации печатной формы, высокой стойкостью к истиранию, малой релаксацией напряжений в нитях. Кроме указанных, существуют сетки саржевого плетения нитей. Также для изготовления сеток применяются нити, состоящие из микроволокон. Обладая лучшими упругими механическими свойствами, такие сетки плохо очищаются от остатков краски и копировального слоя, имеют более высокую цену. В настоящее время такие сетки в трафаретной печати практически не используются.
Для изготовления синтетических сеток используют два вида материалов: полиамиды и полиэфиры. Эти материалы отличаются своими свойствами, и сетки из них применяют для разного вида работ. Полиамиды обладают большей устойчивостью к истиранию, хорошей адгезией к копировальному слою. Эксперименты, проведённые нами с помощью универсальной разрывной машины ИП 5158, показали, что удлинение при разрыве полиамидной нити составляет 25-30 %. Рекомендованные значения натяжения сетчатой ткани для трафаретной печати составляют 7-8 % при диаметре нити 70 мкм [124].
Полиэфиры обладают большей стабильностью размеров в направлении растяжения. Это означает, что в сетках, изготовленных из полиэфира, релаксация напряжений происходит в меньшей степени, чем в полиамидных тканях. Удлинение при разрыве полиэфирных нитей составляет 15-20 %, рекомендованное значение растяжения 2 — 4 % или 15-25 нит/см при диаметре нити d-40 мкм. Несмотря на разные свойства, в трафаретной печати применяются оба вида материалов. Более того, некоторые производители выпускают комбинированные сетки, в которых чередуются нити из разных материалов.
Сетчатые ткани характеризуются тремя параметрами: плотностью (нит/см), диаметром нити (мкм), коэффициентом живого сечения (%). Последний показатель определяется как отношение площади отверстия ячейки к общей площади ячейки.
Сетки выпускаются в широком ассортименте: плотность сетки от 6,5 до 200 нит/см; диаметр нити от 70 до 34 мкм. Кроме того, ткань одинаковой плотности может быть изготовлена из нитей разного диаметра, что позволяет варьировать коэффициент живого сечения (от 24 до 42 %).
В мире известно множество производителей тканых сетчатых тканей. Наиболее известные из них: фирма Sefar AG (Швейцария), SAATI (Италия), Thai (Швейцария). В нашей стране такие сетки выпускает ЗАО «Рахмановский шелковый комбинат» [125].
Обозначения сеток у разных производителей отличаются. В нашей стране принято указывать в обозначении плотность сетки и диаметр нити. Например, обозначение 156-34 показывает, что плотность сетки составляет 156 нит/см при диаметре нити 34 мкм.
Моделирования течения краски с помощью модели течения идеальной жидкости
Другим подходом к решению поставленной задачи является моделирование течения жидкости без учёта её вязкости. При таком подходе рассматривается сплошная текучая среда, у которой отсутствует внутреннее трение между частицами жидкости. Такая жидкость не существует в природе, поэтому носит название идеальной среды. Модель движения идеальной среды значительно проще модели среды вязкой, и описывается уравнением, которое отличается от уравнения Навье-Стокса отсутствием так называемого «вязкого» члена, определяющего нелинейность уравнения.
Одной из характеристик идеальной среды является непрерывность скорости и других физических величин течения, что позволяет использовать модели на её основе для получения, например, общей картины плавного обтекания тел и распределения давления по идеальному потоку. В теории идеальной среды условие непрерывности скорости нарушается, например, на твердой границе обтекаемого тела. В этом случае вводится условие непроницаемости жидкости сквозь твёрдую границу, а вдоль самой границы жидкость движется свободно.
В реальной жидкости нарушения непрерывности не происходит. Вязкая жидкость не может скользить свободно вдоль твёрдой границы обтекаемого тела. Происходит «прилипание» жидкости к поверхности обтекаемого тела, поэтому скорость жидкости на границе равна скорости самой границы. Но на небольшом расстоянии от твердой границы скорость жидкости резко изменяется и становится равной общей скорости потока. Это расстояние, которое принято называть пограничным слоем, весьма мало по сравнению с размерами обтекаемого тела. На расстоянии большем, чем толщина пограничного слоя, течение вязкой жидкости не отличается от движения идеальной жидкости.
В вязкой жидкости в отсутствие внешних сил происходит затухание её движения вследствие внутреннего трения. В идеальной жидкости, в отсутствие внутреннего трения, движение, однажды заданное, существует бесконечно, поэтому при отсутствии внешних сил существует отличие в поведении вязкой и идеальной жидкости. Однако в рассматриваемом случае инициатором течения жидкости в рабочем слое является цилиндр, к которому подводится внешняя энергия через привод. Эта энергия компенсирует энергию внутреннего трения, поэтому в вязкой жидкости движение будет существовать независимо от времени, то есть стационарно, до тех пор, пока к нему приложена внешняя энергия. Это означает, что вязкая жидкость может вести себя так же как идеальная, пока к ней будут приложены внешние силы.
Таким образом, следующие обстоятельства позволяют сделать выбор в пользу применения схемы течения идеальной жидкости: - более простое, по сравнению с теорией вязкой жидкости, решение; - одинаковое поведение вязкой и идеальной жидкости вне тонкого пограничного слоя; - возможность получения наглядной картины течения; - одинаковое стационарное движение идеальной и вязкой жидкости в случае приложения к последней внешней энергии. Давление, возникающее в краске при работе трафаретных печатных машин, позволят сделать допущение о несжимаемости жидкости в рабочем слое. В этом случае уравнение движения в отсутствие внешних сил описывается уравнениями Эйлера, которое отличается от уравнения Навье Стокса отсутствием слагаемого, в котором учитывается вязкость жидкости: dV {— \— 1 — — + [V , V )V = grad Р + F . dt к р (9) div V = 0, где V — скорость, Р — давление, р - плотность жидкости, F — массовые силы, t — время. Первое уравнение — это собственно уравнение движения. Второе -уравнение несжимаемости. Так как основную часть рабочего хода ракель движется с постоянной скоростью, то движение краски в рабочем слое можно считать стационарным. Примем также по отношению к движению жидкости условие потенциальности, которое выражается в отсутствии завихренности: rot V = О. Как известно, это условие представляет собой необходимое и достаточное условие потенциальности поля скоростей в односвязных областях [139]. Согласно этому условию существует скалярная функция р(х,у), такая, что V =grad p. Подставив это выражение во второе уравнение системы (9) получим уравнение Лапласа, которое для плоского случая имеет вид: VV = —т + —т = 0- Функция р(х,у) называется потенциалом скоростей. дх ду Компоненты скорости через уравнение Лапласа выражаются так: д р д(р nm дх ду где и, v - проекции вектора скорости на оси X и Y. Существует связанная с потенциалом скоростей функция у/(х,у), такая, что: ду/ ду/ /11Ч и=—— ,v = —. (11) ду дх
Выражения (10), (11) представляют собой условия Коши-Римана, при выполнении которого течение является потенциальным, и наоборот, в потенциальном потоке выполняются условия (10), (11). В установившемся течении линии уровня функции у/ совпадают с траекториями движущихся частиц, поэтому функция ц/ называется функцией тока. При выполнении условий Коши-Римана совокупность функций (р и у/ представляют собой аналитическую функцию: w(z) = q (x, у) + іц/(х, у). (12)
Эта функция называется комплексным потенциалом и является функцией одной комплексной переменной z = x + iy вместо двух х и у, что значительно упрощает построение модели течения.
Описание измерительного комплекса для проведения натурного эксперимента по определению давления в рабочем слое
Для проведения экспериментов был изготовлено лабораторное печатное устройство с использованием ракеля валкового типа, принципиальная схема которого показана на рис. 3.3. Устройство состоит из печатного стола 7, опоры 3, ракеля валкового типа 4, упругой покрышки 5, направляющей б, упора 7, каретки 8, шарнира 11, регулировочного винта 12, фиксирующего винта 13. Кроме того, в устройстве имеются печатная форма 2, запечатываемый материал 9, краска 10.
Устройство работает следующим образом. На печатный стол 7 укладывают запечатываемый материал 9. На специальные опоры 3 устанавливают трафаретную печатную форму 2. На поверхность печатной формы подают краску 10. Направляющую б с кареткой 8 опускают в рабочее положение, поворачивая вокруг шарнира 77, и фиксируют на упоре 7.
Каретка 8 движется с помощью привода (на рисунке не показан). Валик-ракель 4, который катится по поверхности печатной формы, воздействует на краску 10 и продавливает её через печатающие элементы печатной формы 2 на запечатываемый материал 9. В качестве декеля применяется упругая покрышка 5, закрепляется на поверхности валик-ракеля 4. Для изменения давления печати предусмотрены регулировочные 12 и фиксирующие 13 винты.
На рис. 3.4 приведена фотография лабораторного макета, на которой для лучшего обзора отсутствует печатная форма и краска. Ходовые винты 3 приводятся во вращение с помощью привода - электродвигателя 7. На рисунке рама 2, на которой смонтированы ходовые винты 3 и каретка 6, откинута в верхнее положение поворотом вокруг шарнира 8. Опоры 9 и шарниры 8 позволяют регулировать параллельность трафаретной формы относительно печатного стола 1.
На рис. 3.5 показан вид сверху на ракельную каретку. Предусмотрена регулировка параллельности стального валика 4 в совокупности с упругой
В первом варианте устройства, показанном нарис. 3.4. привод каретки осуществлялся с помощью цепной передачи. При этом на оттиске получалось полошение (поперечная неравномерность красочного слоя), частота которого совпадала с шагом цепи. Для устранения этого недостатка цепная передача была заменена на зубчатый резинотканевый ремень, который приводит в движение каретку через систему зубчатых шкивов. На рис. 3.6 показан привод с зубчатым ремнем ракельной каретки.
Вращение от электродвигателя 6 передается через зубчатый шкив 8, зубчатый резинотканевый ремень 7, натяжной ролик 9 на ходовые винты 2, которые, вращаясь, перемещают каретку 5.
Изменение скорости движения ракельной каретки предусмотрено за счёт сменных шкивов 8 и валик-ракелей 3, имеющих разный диаметр. Для проведения экспериментов по определению давления в рабочем слое с изменение скорости движения ракельной каретки был изготовлен комплект зубчатых шкивов, имеющих диаметр d = 35 мм, d - 48 мм, d = 60 мм. Кроме того, использовали два стальных валика диаметром d = 30 мм и d = 40 мм.
В качестве упругой покрышки использовали резину, применяемую для изготовления флексографских печатных форм методом лазерного гравирования, толщина которой составляет 3,5 мм. При этом общий диаметр валик-ракеля равнялся 37 мм и 47 мм.
Измерение скорости ракельной каретки 5 осуществляли оптикоэлектронным способом. Для этого была изготовлена мерная пластина 10 длинной 100 мм (рис. 3.6), которую закрепили на ракельной каретке 5. На основании печатного устройства были неподвижно закреплены источник света 11 и фотоприёмник 12, которые соединены с измерительной схемой. При движении ракельной каретки 5 мерная пластина 10 пересекает луч света от источника //, а на фотоприёмнике 12 отсутствует сигнал. Время, в течение которого сигнал на фотоприёмнике 12 отсутствует, регистрируется в компьютере. По этому времени рассчитывается скорость движения ракельной
Экспериментальное определение давления в рабочем слое краски
Как отмечалось в главе 2, механические свойства упругой покрышки играют значительную роль при печатании с использованием ракеля валкового типа. В основном это влияние определяется тем, что при движении валик-ракеля в рабочем слое краски образуется гидродинамическое давление, которое отжимает упругую покрышку от печатного стола. В результате увеличивается зазор между упругой покрышкой и печатным столом, что приводит к снижению гидродинамического давления. Величина зазора зависит от упругих свойств покрышки. Поэтому для того, чтобы учесть механические характеристики покрышки в модели течения краски, необходимо определить зависимость деформации упругой покрышки от давления на ее поверхность.
Для применения в качестве упругой покрышки, закреплённой на поверхности валик-ракеля, были выбраны формные материалы, широко применяемые в флексографской печати. Такой подход обоснован тем, что диаметр валиков, применяемых в узкорулонных флексографских машинах относительно мал (80 - 120 мм), а скорость работы таких машин довольно высока (до 350 м/мин и выше). Вследствие этого время между двумя импульсами натиска на каждую точку поверхности печатной формы сое— тавляет 10—10" с. За это время формный материал должен успеть, после натиска, восстановить первоначальную форму. Материалы, применяемые в флексографской печати, хорошо адаптированы к таким условиям работы. Кроме того, оборотная сторона формы, изготовленной из такого материала, имеет гладкую поверхность, и её закрепление на поверхности цилиндра малого диаметра чаще всего происходит с помощью двусторонней липкой ленты. Поэтому, например, офсетное резино-тканевое полотно, у которого оборотная сторона является тканью, для этих целей не годится.
С целью проведения экспериментов были выбраны следующие формные материалы, применяемые в флексографской печати: — материал АСЕ, BASF (Германия): толщина 1,7 мм, модуль упругости Е=120 Н/мм , водовымывной; — материал NSF, Toyobo (Япония): толщина 2,85 мм, модуль упругости Е=400 Н/мм , сольвентновымывной; — резина (Россия): толщина 3,5 мм, модуль упругости Е=70 Н/мм".
Выбранные материалы отличаются по упругим характеристикам и толщине, что позволит провести испытания в широком диапазоне параметров печатного процесса. Для определения механических характеристик указанных материалов были проведены опыты с использованием универсальной испытательной машины ИП 5158 (Россия), предназначенной для определения деформационных и прочностных характеристик различных материалов по стандартной методике [160]. Диапазон измерений машины 0,4-100 Н при погрешности измерений 1 %.
По каждому материалу проводили по три серии опытов: - по определению значения модуля упругости (модуля Юнга); - по определению коэффициента Пуассона.
По результатам измерений находили средние значения искомых величин, которые указаны в приложении 3.4. . Определение деформации упругой покрышки валик-ракеля
Несмотря на простоту расчётной схемы, определение деформации упругой покрышки в полосе контакта между покрышкой и плоской поверхностью относится к контактным задачам, наиболее сложному классу задач теории упругости. Такие задачи не входят в круг вопросов, решаемых в данной работе, поэтому было решено провести экспериментальное определение зависимости деформации упругой покрышки от нагрузки, приложенной к валику. Для проведения опытов изготовлено лабораторное устройство, схема которого показана нарис. 3.13.
Устройство состоит из основания 5, пары стоек 7, рычага 3, имеющего возможность поворота вокруг шарнира 4, индикатора перемещения б. В
устройстве измеряется деформация упругой покрышки 2, закреплённой на поверхности металлического цилиндра 1.
Для проведения исследований был изготовлен стальной цилиндр 1 диаметром d ЪО мм. На его поверхность с помощью двусторонней липкой ленты по очереди закрепляли упругие покрышки, изготовленные из формных материалов, показанных выше. Для испытаний применяли формные материалы имеющихся толщин, указанных в приложении 3.4.
Цилиндр 1 с закрепленной на его поверхности упругой покрышкой 2 помещали на столе 5. От качения цилиндр удерживали стойки 7, между которыми помещали ось цилиндра. Затем на поверхность цилиндра опускали рычаг 3, который имеет возможность поворота вокруг шарнира 4. Для повышения точности измерений свободный конец рычага 3 контактирует с микрометрической головкой часового типа ИЧ с пределом измерений 0-10 мм, с точностью измерения 0,001 мм, которая установлена на расстоянии 100 мм от вертикальной оси цилиндра. Головку часового типа перед каждым измерением устанавливали на ноль. Сверху к свободному концу рычага прикладывали нагрузку Р в виде мерных грузов.
Образцы для испытаний представляли собой полосы шириной 50 мм и длиной, меньше, чем длина окружности цилиндра. Для устранения влияния деформации покрышки непосредственно под рычагом 3, последний контактирует с металлическим цилиндром. Нагрузку пересчитывали относительно ширины образца, то есть приводили к размерности (г/мм). Деформацию определяли пересчетом показаний головки часового типа с учётом расстояния от места приложения нагрузки до оси цилиндра. Затем определяли относительную деформацию относительно начальной толщины образца по формуле
