Введение к работе
Актуальность работы. На сегодняшний день отделка печатной продукции методом конгревного тиснения по-прежнему остается одной из наиболее востребованных. Воспроизведение трехмерных рельефных изображений существенно повышает привлекательность печатной продукции, заставляет потребителя фиксировать на ней свое внимание, стимулирует его к тактильному контакту с самим продуктом. Однако в силу технологических несовершенств, связанных, прежде всего с традиционно используемой жесткой оснасткой, типографиям не удается в полной мере реализовать весь имеющийся потенциал данного вида отделки. Формируемые рельефные изображения имеют малую высоту и низкую четкость. Попытки улучшить данные показатели путем увеличения глубины рабочих элементов штампа или усиления давления тиснения приводят к потере устойчивости локальных участков бумажных материалов с образованием соответствующих дефектов в виде «стяжек-складок» или прорывов. С применением жестких инструментов оснастки затруднительно получение равнозначного качества рельефных изображений в границах площади одного оттиска, проблематично качественное воспроизведение крупных и мелких элементов с одного штампа за один цикл работы оборудования, наблюдается плохая повторяемость в течение всего тиража.
Что бы выпускать продукцию, соответствующую запросам и ожиданиям заказчиков, типографии вьпгуждены идти по пути снижения производительности: увеличивать время приладки из-за необходимости в детальной приправке оснастки; уменьшать скорости работы штанц-автоматов; делать частые остановки для корректировок давления в точках контакта оснастки; прерывать производство в случае даже незначительных деформаций тиснящих элементов рабочих инструментов; усиливать контроль качества воспроизводимого рельефа; организовывать этапы сортировки продукции «на выходе». Все это, в конечном счете, ведет к снижению рентабельности не только самого процесса тиснения, но и всего производства в целом. В противном случае неудовлетворительное качество побуждает к отказу от оформления печатной продукции конгревным тиснением и не редко является причиной потери типографией части портфеля своих заказов. При этом полиграфические предприятия не могут по совокупности эстетическо-экономических показателей предложить альтернативные виды отделки.
Недостаток теоретических и экспериментальных научных работ в данной области не позволяют типографиям самостоятельно решать имеющиеся проблемы, а отсутствие каких-либо стандартов, регламентирующих требования к качеству конгревного тиснения, еще более усугубляет их положение в урегулировании рекламационных споров. Поэтому решение задачи усовершенствования технологии конгревного тиснения, направленное на улучшение качества, снижение трудоемкости, повышение производительности, способствующее ресурсосбережению и оперативности процесса, является достаточно актуальным.
Цель работы: повышение эффективности технологического процесса конгревного тиснения за счет использования в качестве контрштампов упруго-эластичных инструментов.
Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:
-
Описаны математические модели деформирования упруго-эластичного инструмента оснастки и бумажного материала для проведения компьютерного моделирования процесса.
-
Определены напряженно-деформированные состояния системы «контрштамп-бумажный материал» при различных физико-механических параметрах рабочего инструмента.
-
Выявлены побочные вредные факторы процесса конгревного тиснения с использованием альтернативных контрштампов и предложены способы их устранения.
-
Разработаны новые универсальные упруго-эластичные контрштампы, учитывающие конструктивные особенности современных промышленных штанц-автоматов и пригодные к безболезненному внедрению в производство типографий.
Методы исследовании. Н работе использованы методы теории напряженно-деформированного состояния, упруго-пластического деформирования, конечных элементов. Для построения математических моделей и последующего компьютерного моделирования процесса использовался конечно-элементный программный комплекс «LS-DYNA».
Экспериментальные исследования проводились с задействованием промышленного штанц-автомата, специально изготовленной оснастки и аттестованных средств измерения. Обработка результатов осуществлялась с помощью методов математической статистики.
Научная новизна работы заключается:
в предложенной методике анализа технологических параметров процесса конгревного тиснения с описанием математических моделей деформирования бумажного материала и упруго-эластичного контрштампа;
в выявлении вредных побочных факторов альтернативной технологии конгревного тиснения, препятствующих получению качественной полиграфической продукции, и конструктивных решениях для их ликвидации;
в установлении влияния энергосиловых параметров при одновременном деформировании системы «эластомер-бумажный материал» на качество конгревного тиснения.
Положения, выносимые на защиту:
- методика оценки параметров процесса конгревного тиснения бу
мажного материала упруго-эластичным плоским контрштампом с ис
пользованием конечно-элементного компьютерного моделирования,
позволяющего учесть влияние многих конструктивных и технологических факторов на качество воспроизводимых рельефных изображений;
совокупность экспериментальных зависимостей показателей качества конгрсвного тиснения бумажных материалов от конструктивных и технологических факторов, позволяющих предложить рациональные технологические решения;
- практические рекомендации по технологическим режимам и воз
можным конструктивных решениям строения оснастки, позволяющие
повысить эффективность процесса конгрсвного тиснения с использо
ванием упруго-эластичных контрштампов.
Практическая ценность работы:
описанная методика компьютерного конечно-элементного моделирования позволяет еще на стадии допечатной подготовки изображений предопределять вероятность разрушения бумажных материалов в процессе тиснения, оценивать опасность проектируемой геометрии профиля тиснящих элементов штампа, анализировать потребные энергосиловые затраты и дает основания для внесения необходимых корректив в технологические режимы изготовления штампов, самого процесса конгревного тиснения или дизайн сюжетов;
предложена технология беспатричного конгревного тиснения с исключением жестких взаимосвязанных со штампом инструментов оснастки;
на основе полиуретановых эластомеров разработаны многоразовые взаимозаменяемые с высокой тиражестойкостыо контрштампы, позволяющие улучшить качество формируемых рельефных изображений и повысить рентабельность операции конгревного тиснения.
Реализация результатов работы. Результаты работы в виде готовых технологических решений внедрены в промышленное производство типографии «Интеллект» (г. Москва), реализованы в хоздоговорной работе (договор Х-01-07 от 15.01.07) и далее учтены при проектировании узла конгревного тиснения, интегрируемого в линию с автоматической упаковочной машиной в компании «Марс» (г. Ступино, Московская обл.).
Материалы диссертационной работы вошли в учебное пособие «Технология и оборудование отделочных процессов», предназначенное для обучающихся по специальностям 261202 «Технология полиграфического производства» и 261201 «Технология и дизайн упаковочного производства».
Апробация работы. Результаты исследований диссертационной работы докладывались и обсуждались на первой научно-технической конференции молодых ученых МГУП (г. Москва, 2006 г.), на VII Международной научно-практической конференции ОмГТУ (г. Омск, 2008 г.), на второй научно-технической конференции молодых ученых МГУП (г. Москва, 2008 г.).
Публикации. Результаты проведенных исследований отражены в 6 печатных работах, в том числе в 2 статьях в ведущем отраслевом научном журнале «Известия вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела».
В ФГУ ФИПС подана заявка (№2008144078/12(057470)) для регистрации патента на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и двух приложений. Работа изложена на 200 страницах машинописного текста, включающего 122 рисунка, 16 таблиц и список литературы из 111 наименований.
Похожие диссертации на Повышение эффективности процесса воспроизведения рельефных изображений методом конгревного тиснения с использованием упруго-эластичных контрштампов
