Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния проблемы естественного скрещения книжных блоков 10.
1.1. Классификация и обзор способов клеевого бесшвейного скрепления 16.
1.2. Характеристики и свойства исходных материалов 20.
1.2.1. Бумага, ее структура и свойства 20.
1.2.2. Клеи для бесшвейного скрепления 25.
1.3. Теория склеивания для бесшвейного скрепления 28.
1.4. Вопросы качества готовой продукции 29.
Глава 2. Поиск технических решений дія совершенствования естественного скрещения
2.1. Анализ систем для обработки корешков блоков
2.2. Анализ конструкции клеевых аппаратов для термоклеев .55
Глава 3. Исследование процесса обработки корешков книжных шоков разной толщины и разных сортов бумаги дж получения высокой прочности скрещения
3.1. Объект экспериментальных исследований 64-.
3.2. Экспериментальные установки 70.
3.2.1. Экспериментальная установка для обработки корешков книжных блоков 71.
3.2.2. Экспериментальная установка для заклейки корешка и приклейки обложки 82..
3.3. Проведение экспериментальных исследований 89.
3.3.1. Исследование процесса обработки корешков книжных блоков разной толщины изготовленных из офсетной бумаги
3.3.2. Исследование процесса обработки корешков книжных блоков разной толщины изготовленных из типографской бумаги 100
3.3.3. Исследование процесса обработки корешков книжных блоков изготовленных из бумаги для глубокой печати 104.
3.3.4. Исследование процесса обработки корешков книжных блоков изготовленных из мелованной бумаги 102.
3.4. Интерпретация полученных экспериментальных данных
Выводы
Приложения 142
- Характеристики и свойства исходных материалов
- Анализ конструкции клеевых аппаратов для термоклеев
- Экспериментальные установки
- Проведение экспериментальных исследований
Введение к работе
Актуальность проблемы. Повышение качества выпускаемой продукции является важнейшей задачей, стоящей перед всеми отраслями промышленности. В процессе изготовления книжно-журнальной продукции брошюровочно-переплетные процессы являются завершающим этапом, от тщательности выполнения которого зависит прочность и долговечность книг, брошюр и журналов. Одним из наиболее перспективных способов скрепления книжно-журнальной продукции в настоящее время является бесшвейное скрепление.
Современный этап развития бесшвейного клеевого скрепления характеризуется широким использованием его в производстве брошюр и журналов. Однако в последнее время наметилась тенденция к увеличению применения бесшвейного способа при производстве книг. В связи с этим возникают повышенные требования к прочностным показателям клеевого скрепления отдельных листов готовой книги, так как последние расчитаны на гораздо более длительное время пользования.
Опыт применения технологии бесшвейного скрепления в типографиях ПНР и за рубежом показывает, что более широкому внедрению этой перспективной технологии препятствует очень нестабильная прочность получаемой продукции, поэтому исследование вопросов повышения прочности и долговечности продукции, скрепляемой данным способом, является очень важной задачей.
На прочность клеевого бесшвейного скрепления оказывает влияние ряд разнообразных по своему характеру факторов, проявляющих себя в различные периоды скрепления и эксплуатации готовой продукции. К этим факторам относятся:
физико-химические и механические свойства бумаги,
характер подготовки поверхности корешка блока,
природа и физико-химические свойства используемых клеев,
условия нанесения клея на корешок блока и условия формирования клеевой пленки,
условия существования клеевой пленки на корешке блока при чтении и хранении готовой книги.
Решению ряда задач из этой комплексной проблемы посвящена данная работа.
Целью работы является создание клеевого бесшвейного скрепления книжных блоков, обладающих высокими потребительскими свойствами, исходя из совершенствования способа обработки корешков.
Целью экспериментального исследования является исследование процесса обработки корешков книжных блоков разной толщины и разных сортов бумаги для получения высокой прочности скрепления.
Поставленные цели потребовали:
разработки методики проведения исследований,
проведения анализа построения машин для бесшвейного скрепления,
поиска технических решений совершенствования клеевого бесшвейного скрепления,
разработки и изготовления экспериментальных установок для изучения условий взаимодействия рабочих органов с книжным блоком,
разработки программы экспериментальных исследований с выбором методов обработки полученных данных и оценки качества полуфабрикатов,
выполнения исследования по дальнейшему развитию машин для бесшвейного скрепления.
Метод исследования включает в себя комплексное /теоретическое и экспериментальное/ изучение существа вопроса, статистическую об-
работку с графической интерпретацией экспериментальных данных. В работе использован метод теоретического анализа априорной информации по материалам научно-технической литературы и практики. Аналитически исследованы основные конструкции клеевого бесшвейного скрепления со срезкой корешковых фальцев и теоретически разработана новая конструкция скрепления. Аналитически исследованы конструкции основных секций и произведен выбор путей совершенствования машин для беспгаейного скрепления. Разработаны конструкции секций обработки корешков книжных блоков и клеевого аппарата для термоклея. Экспериментально изучен механизм влияния основных технологических факторов обработки корешков книжных блоков на прочность бесшвейного скрепления. При этом использованы теории математического планирования экспериментов при поиске оптимальных условий и методы испытания прочности книжных блоков. Основные положения, выносимые на защиту:
способ скрепления листов книжного блока, состоящий в том, что листы скрепляются посредством выделенных из них волокон целлшозы, благодаря чему повышается прочность скрепления и улучшается раскрываемость блоков,
способ обработки корешков книжных блоков, основанный на отгибе корешка книжного блока во время обработки, за счет чего происходит удаление наполнителей из края листа и выделение волокнистой структуры бумаги,
конструкция и принцип действия оборудования для обработки книжных блоков,
принцип действия клеевого аппарата для термоклея, состоящий в том, что расплавление клея происходит с помощью подогреваемых клеенано-. сящих валиков,
выбор параметров обработки корешков книжных блоков и достигнутые показатели качества скрепления.
Научная новизна. В настоящей работе на основе анализа структуры физико-химических и механических свойств бемаги разработана новая конструкция бесшвейного скрепления книжных блоков. Разработан новый способ обработки корешков книжных блоков- и оборудование для осуществления новой конструкции скрепления. Разработана новая конструкция и принцип действия клеевого аппарата для термоклеев, устраняющий основные недостатки существующего оборудования.
Практическая полезность. В работе рассмотрено современное состояние техники и технологии скрепления книжных блоков и указаны пути их совершенствования. При этом рекомендованы конкретные технические решения, на основе которых разработан технический проект малогабаритной машины для бесшвейного скрепления, выпуск опытной серии /10 штук/ которой намечен на 1985 год. Кроме этого результаты исследований могут быть использованы:
в ЦНТРПП в Варшаве при разработке более производительных машин;
в конструкторских бюро заводов, производящих машины для бесшвейного скрепления при совершенствовании выпускаемого и разработке нового оборудования;
в типографиях для совершенствования существующего оборудования в рамках рационализаторского движения.
Аппробавдш. Основные результаты работы были доложены на:
заседаниях комиссии Объединения полиграфической промышленности /декабрь 1979,- март 1981/;
заседаниях комиссий Министерства культуры и искусства ПНР /июнь 1982, май 1983/;
консультация специалистов постоянной рабочей группы СЭВ по экономическому и научно-техническому сотрудничеству в области полиграфической промышленности по теме 5.4.1. "Разработка новых технологических процессов брошюровочно-переплетного производства и новых
материалов для оформления изданий", этап 3.2.4.6. "Технология бесшвейного скрепления на разработанной в ПНР малогабаритной полуавтоматической машине" /Ленинград, март 1984/;
семинаре в Центре по научно-техническому развитию полиграфической промышленности в Варшаве /май 1984/;
совместном заседании кафедр ЕПМ и ТЕПЇЇ Московского полиграфического института /июнь 1984/.
совместном заседании кафедр ЕПМ, ТЕПП и БМ Московского полиграфического института /октябрь 1984/.
Публикации. По теме диссертации подготовлены: одна книга, одна брошюра, три патентные заявки оформлены в Патентном бюро ПНР»
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения библиографии и приложений. Материал изложен на 158 страницах машинописного текста, содержит 29 рисунков, 14 фотографий и 28 таблиц. Список литературы включает 45 наименований.
Во введении обоснована актуальность проблемы, определены цели и основные направления исследования, показана новизна и практическая полезность работы.
В первой главе дан краткий исторический очерк и анализ состояния проблемы бесшвейного скрепления, составлена обобщенная модель исследования, дана классификация и краткий обзор способов клеевого бесшвейного скрепления. Приведены основные характеристики и свойства исходных материалов и сделан пересмотр основных полонений теории склеивания применительно к бесшвейному скреплению. Приведен анализ существующих и разработана новая конструкция бес-швейного скрепления, изложены основные вопросы качества готовой продукции.
Во второй главе на основе анализа технологического процесса
бесшвейного скрепления выделены основные пути его совершенствования, предложен новый способ обработки корешков книжных блоков и оборудование для его осуществления, разработана новая конструкция и принцип действия клеевого аппарата для тер/юклеев.
Характеристики и свойства исходных материалов
Главным компонентом бумажной массы являются волокнистые материалы растительного, минерального и синтетического происхождения, а также вторичные волокнистые материалы в виде макулатуры, бумажных обрезков и т.п. Кроме того в состав бумажной массы входят наполнители, проклеивающие средства, красители и оптические отбеливатели, придающие бумаге нужные потребительские свойства.
Изготовление бумажной массы состоит из подбора компонентов в зависимости от группы, сорта и качества бумаги, соответствующим их размельчению, так чтобы было возможным их свойлачивание в процессе формирования бумажного полотна.
При наслоении, свойлачивании и обезвоживании основного вещества на сетке бумагоделательной машины образуется слой волокнистой шссы, при этом волокна и частицы, осаждающиеся на сетке в начальный момент, действуют как фильтр. В результате на сетке образуется волокнистый слой, происходит сгущение массы, ее свойлачивание. 3 зависимости от толщины бумаги, характера и степени размола волокла, образуется 5-20 слоев. /ii /
Прочность структуры бумаги зависит от: - механического свойлачивания целлюлозных волокон, фибриллиро занных при размоле, при этом особое значение имеет отношение длины с диаметру волокна; - химических связей через углеводородные мостики ( от величины )еакционно способной поверхности, как важнейшего фактора). Для придания бумаге печатных свойств применяются наполнители Іаполнители, это мелкозернистые минералы или неорганические пигмен-(ы, которые заполняют пространство между волокнами. Присутствие пиг-іента (наполнителя) в бумаге снижает ее прозрачность, повышает бе лиз у и способствует выравниванию бумаги во время каландрирования. В качестве наполнителей используются: каолин, тальк, гипс, мел и др. Для специальных сортов бумаги - двуокись титана, барии, цинковые белила и т.п. Наполнители влияют на снижение механической прочности бумаги и увеличивают ее пыление. Проклеивавшие и пропитывающие средства в бумаге способствуют: - укреплению структуры волокнистых и наполняющих веществ; - гидрофобизации (обеспечению пригодности для письма чернилами, размерной стабильности); - образованию сомкнутой поверхности бумаги. При этом, однако, происходят также и нежелательные явления: - повышение хрупкости, - снижение прочности на разрыв, - увеличение желтизны. В качестве проклеивающих веществ вводятся: канифоль, животный клей, казеин, модифицированный крахмал, силиконы, жидкое стекло, искуственные смолы, каучук и др. /{{/ Проклейка выполняется - во время подготовки волокнистых материалов (в массе); - в бумагоделательной машине (на влажную бутшгу в начальной стадии ее формирования); - в готовую бумагу на специализированной машине (на поверхность) . Для получения бумаги с высокой гладкостью проводится дополнительное калландрирование или глазирование. Мелованные бумаги применяются прежде всего для художественных изданий многокрасочной печати. Мелование - нанесение равномерной и сомкнутой поверхности пленки связующего и пигмента непосредственно в бумагоделательной машине либо в отдельной специальной установке. Основа для мелования - прочная, хорошо наполненная бумага, не содержащая или содержащая древесную массу.
К основным свойствам бумаги относятся: состав по волокну, зольность, масса I мг, плотность, толщина, анизотропия, разносторонность, значение рН, воздухопроницаемость, влагосодержание, растяжение при увлажнении. К прочностным (механическим) свойствам относим: прочность на разрыв, удлинение, сопротивление надрыву, раздиранию, продавлива-нию, излому; упругость, сжимаемость, пиление, а также печатно-тех-нические свойства, характеризующие прочность поверхности. /ІІ/ В дальнейшем для определения бумаги будем применять классификацию по специальному назначению (по виду печати) по качеству бумаги (& I, J 2, кл.З, кл.5) и по грамматуре (весу I иг). С точки зрения теории склеивания интерес представляет свойство анизотропии бумаги и связанные с ней прочностные свойства, прочность на разрыв, удлинение и упругость или жесткость. Анизотропия - различие свойств в машинном и поперечном направлениях. Испытание на разрыв. Образец нагружается параллельными нормальными силами в динамометре до разрушения. При испытании на разрыв вследствии направленного разрывного усилия структура образца видоизменяется; это проявляется в поперечной усадке образца и в его удлинении при разрыве. Свидетельствует об упруго-эластических свойствах бумаги. В силу анизотропии бумаги в машинном направлении наблюдаем повышенную прочность и жесткость бумаги и что очень важно более ярко выражены ее упруго-эластические свойства. Из широкого состава клеев применяемых в брошюровочно-переплет-ных процессах, с точки зрения бесшвейного скрепления более всего интересуют нас клеи дисперсионные и термоклеи. Из всех производимых дисперсии различных полимеров из-за низкой стоимости наиболее широкое применение нашла дисперсия поливи-нилацетатная, которая в настоящее время в ПНР производится в промышленных условиях. Она преаде всего применяется для производства водоэмульсионных красок. / 45 J Чтобы дисперсия могла стать клеем к ней добавляют различные добавки благодаря которым получаем клеи с различными свойствами: эластичностью, липкостью, временем схватывания, сухим остатком и т.п. Полимер поливинилацетата твердое, хрупкое вещество, для того, чтобы клеевая пленка была эластичной к дисперсии добавляются пластификаторы. Пластификатор в дисперсии находится в эмульгированном виде и поэтому его количеством можно в определенном интервале изменять липкость. Основным преимуществом дисперсионных клеев является высокая эластичность и прочность клеевой пленки. Во время испарения воды частицы полимера сближаются друг к другу и образуют однородную пленку. Полученная клеевая пленка имеет большую стойкость к воде. Под влиянием влаги лишь набухает. При повышенной впитываемости клееного материала, вода заполняет поры и капилляры и не пропускает частицы поливинилацетата. Это ведет за собой снижение взаимодействия клея с поверхностью и коагуляцию частиц поливинилацетата из-за быстрого удаления воды в материал. Скоагулированные частицы поливинилацетата не имеют адгезии к клееной поверхности. /45/ Впитываемоеть клеев снижается при применении специальных добавок, например, поливиниловый спирт. Вторым существенным параметром, влияющим на качество склеивания является вязкость клея. Снижение вязкости клея достигается его разбавлением водой. Однако это отрицательно влияет на качество клея. Дисперсионные клеи из-за зернообразной структуры полимера принадлежат неньютоновским жидкостям ш- обладают значительными тиксотропними свойствами, которые влияют на их консистенцию. Вязкость клея зависит от скорости работы клеевого аппарата. Чем выше скорость работы машины (скорость перемешивания клея), тем вязкость клея будет ниже. Для увеличения вязкости применяют специальные добавки. Также важным параметром, определяющим применение клея для данной операции, является время схватывания. Эту величину можно определить следующим образом: это время, после которого разъединение склеиваемых материалов сопровождается нарушением клеевого соединения. /45/ Преимуществами поливинилацетатных клеев является высокая прочность и эластичность клеевой пленки. Клей не подвергается старению. Основным недостатком является необходимость сушки клеевого слоя. Термоклеи - это клеи в состав которых входит 10($ "сухих компонентов и характеризуется тем, что свои свойства адгезию, смачивающую способность и др. получают после подогрева до соответствующей температуры, а соединение склеиваемых материалоы происходит сразу же после охлаждения клея. Отсутствие процесса сушки после операции склеивания является основным преимуществом термоклеев над дисперсионными. Усадка клеевой пленки незначительная вследствие термической усадки.
Анализ конструкции клеевых аппаратов для термоклеев
Технические параметры проведения обработки, Ла также конструкторские решения обрабатывающей секции экспериментальной установки, созданной для исследования технологического процесса, будут представлены в Главе 3 настоящей диссертации. 2.2. Анализ конструкции клеевых аппаратов для термоклеев.
Термоклеи, о которых говорилось раньше,являются идеальными клеями для механизации процесса бесшвейного скрепления. Основным их преимуществом является отсутствие сушки в технологическом процессе. Но они имеют ряд недостатков, основным из которых является их нестабильность во время работы. Нестабильность термоклеев проявляется в потерв клеящих и упруго-эластических свойств, вследствие автоокисления, деградации и других явлений, происходящих в рабочей температуре и, особенно резко, при перегреве клея.
Повышение стабильности термоклеев во время работы клеевых аппаратов является важной задачей, т.к. она непосредственно влияет на качество бесшвейного скрепления блоков. Именно поэтому анализ конструкции существующих клеевых аппаратов для термоклеев будет проводиться в направлении раскрытия тех механизмов и явлений, происходящих в клеевых аппаратах, которые способствуют перегреву и связанным с ним, вредным явлениям.
Раскрыв эти механизмы и явления, мы попытаемся создать клеевой аппарат, устраняющий или ограничивающий до минимума недостатки существующих клеевых аппаратов.
Простейший клеевой аппарат для термоклеев представляет собой клеевую ванну с ситемой подогрева и регуляции температуры и клее-наносящий валик с ракельной регулировкой толщины наносимого слоя клея.
В зависимости от исполнения клеевой аппарат или система кле евых аппаратов могут иметь одну или несколько клеевых ванн и один или несколько клеенаносящих валиков соответственно принятому тех- нологическому варианту.
Применение нескольких клеевых ванн позволяет осуществить многослойное заклеивание корешка блока путем нанесения клея различной вязкости /различной температуры или различных сортов клея/. Системы клеенаносящих валиков отличаются количеством валиков и направлением вращения относительно движущегося блока. Клеевые аппараты могут быть также оснащены дополнительными калибровочными пластинами или подогреваемыми валиками, которые выравнивают слой клея на корешке блока.
Для подогрева клея применяются электронагреватели, установленные непосредственно в клеевой ванне либо в окружающем ее масляном или воздушном кожухе.
Клеевые аппараты, особенно быстроходных машин для бесшвейного скрепления, оснащены дополнительным оборудованием для вступительного разогрева клея, благодаря чему возможно непрерывное пополнение клеевой ванны, удерживание соответствующего уровня клея и уменьшение влияния перепада температур, связанного с подачей клея по мере его расходования.
Рассмотрим работу клеевого аппарата и проследим процессы и явления, протекающие в трех характерных режимах его работы: - подготовка клеевого аппарата, - работа клеевого аппарата, - перерыв в работе машины. Подготовка клеевого аппарата к работе заключается в разогреве и расплавлении клея, находящегося в клеевой ванне, до включения привода клеенаносящей секции. Включение привода клеенаносящих валиков возможно лишь после расплавления всего объема клея в клеевой ванне. Разогрев и расплавление клея реализуется с помощьюэлектронагревателей, расположенных в клеевой ванне или в окружающем ее масляном или воздушном кожухе. Для регуляции температуры применяются различного рода терморегуляторы, термоэлементы или датчики которых помещаются в клеевой ванне в массе клея. В силу низкой теплопроводимости термоклея, особенно в стадии расплавления, когда он находится в твердом состоянии, создается очень инертная и труднорегулируемая статическая система. Поскольку на терморегуляторе задана рабочая температура клея или температура разогрева, которая несколько ниже ее, существует опасность перегрева клея в непосредственной близости электронагревателя или стенок клеевой ванны, что в конечном счете приводит к термическому распаду клея в этих зонах. Термический распад клея изменяет его природу и вызывает необходимость трудоемкой чистки клеевых аппаратов, ибо в противном случае клеевому аппарату угрожает выход из строя.
Время разогрева клеевого аппарата от температуры окружающей среды до заданной, в силу низкой теплопроводности теряоклея и в зависимости от объема клеевой ванны, составляет от 60 до 90 минут. Этот факт отрицательно сказывается на оперативности машин для бесшвеиного скрепления, работающих с теруюклеями. Попытки ускорить время разогрева клеевого аппарата путем повышения температуры неизбежно приведут к ускорению процессов термического распада клея и потери его клеящих свойств до начала работы.
После расплавления клея в клеевой ванне включаем привод клее-наносящих валиков. Вынужденная клеенаносящими валиками циркуляция клея в клеевой ванне способствует стабилизации температуры клея на заданном рабочем уровне. Но поскольку весь объем клея в клеевой ванне имеет рабочую температуру, а как ранее говорилось, в этих условиях происходят реакции автоокисления кислородом воздуха, то вынужденная циркуляция клея будет способствовать ускорению протекания реакции автоокисления и деградации клея. Из-за перемешива ния клея поверхностное явление автоокисления примет объемный характер.
Во время перерывов в работе машины рекомендуется снижать температуру клея в клеевой ванне, оставляя привод включенным. Это верно, т.к. мы замедляем процесс автоокисления клея, но в силу большой инертности системы терморегуляции клея при повторном включении машины существует опасность перегрева клея, а также увеличивается время простоя машины, пока температура не достигнет заданного рабочего уровня.
Отдельной проблемой является непосредственная регуляция температуры слоя клея, наносимого на корешок блока. Поскольку мы регулируем температуру клея в клеевой ванне, нам неизвестна температура клея на клеенаносящих валиках в момент нанесения клея. Очевидно она будет ниже, чем в клеевой ванне и-будет зависеть от различного рода внешних условий.
Для качественного проведения операции заклеивания корешка необходимо соблюдать рабочую температуру клея в момент его нанесения на корешок. Но поскольку она ниже, чем в клеевой ванне, нам придеться либо смириться со снижением качества скрепляемой продукции, либо повысить температуру клея в клеевой ванне, обостряя условия работы клея, что в конечном счете приведет также к снижению качества скрепляемой продукции из-за ускоренного снижения стабильности клея во время работы.
Из проведенного анализа следует, что идеальный клеевой аппарат для термоклеев должен характеризоваться коротким временем подготовки к работе, высокоэффективной системой терморегуляции, исключающей возможность перегрева и термического распада и кон-структорско-технологическими решениями, ограничивающими реакции автоокисления и деградации клея во время работы.В итоге теоретических и конструкторско-технологических раз
Экспериментальные установки
Основные исходные параметры и требования к разрабатываемым машинам для бесшвейного скрепления были сформулированы Объединением полиграфической промышленности в Варшаве. На их основе были приняты исходные данные для разработки экспериментальных установок - первого этапа работ по созданию отечественных машин для бесшвейного скрепления.
Разрабатываемые машины предназначены щт мелких и средних типографий ПНР, выпускающих продукцию тиражами от 50-3000 экземпляров, максимальным форматом А4 или длиной корешка до 315 мм. Толщина скрепляемого блока от 5 до 40 мм. Скорость работы около 250 экз/час. Машины должны характеризоваться малым весом и габаритами. Кроме того машины должны быть снабжены унифицированными узлами и оборудованием отечественного производства.
Учитывая перечисленные требования, автором был выбран линейный принцип построения машины с возвратно-поступательным движением транспортирующей каретки.
Для осуществления технологического процесса бесшвейного скрепления книг и брошюр были созданы две автономные экспериментальные установки. Одна, для реализации и исследований процесса обработки корешков книжных блоков, а вторая для последующих за ней операций заклейки корешков блоков и приклейки обложки. Выделение секции обработки корешков в отдельную экспериментальную установку дало возможность произвести: - во-первых, исследование процесса обработки корешков книжных блоков без потребности каждоразовой переналадки остальных секций, что упрощает проведение эксперимента и гарантирует повторяемость условий его проведения, - во-вторых, более тщательное наблюдение явлений в процессе обработки и упрощение проведения измерений, - в третьих, независимуюрегулировку секции заклейки корешка и приклейки обложки при поиске лучших параметров проведения этих операций, условий проведения эксперимента. Технологический процесс, осуществляемый на экспериментальных установках включает в себя следующие операции: - выравнивание блока на накладном столике экспериментальной установки для обработки корешков /вручную/, - зажим блока в губках транспортирующей каретки /вручную/, - обработка корешка блока, - освобождение блока из губок транспортирующей каретки /вручную/, - перенос блока в экспериментальную установку для заклейки корешка и приклейки обложки /вручную/, - выравнивание блока /вручную/, - зажим в губках транспортирующей каретки, - заклеивание корешка, - приклейка обложки, - вывод брошюры на приемное устройство. Экспериментальные установки представлены на рис ,3.2. и 3.3 Экспериментальная установка для обработки корешков книжных блоков, схема которой изображена на рисунке 3.2.состоит из четырех основных узлов: транспортирующей каретки, накладного столика, обрабатывающей шайбы и секции удаления бумажной пыли.
Блок I, зажатый в зажимном устройстве транспортирующей ка ретки 2 движется по направляющим 3 вдоль машины. Для выравнивания блока,соответствующей его базировке относительно режущего инструмента имеется накладной столик 4, положение верхней плиты которого устанавливается с помощью регулировочного винта 5. Обрабатывающая шайба 10, на торце которой закреплена ленточная пила 12, посажена на валу двигателя 7. Двигатель 7 прикреплен к нижней плите 6, которая вместе с боковой стенкой 8 и верхней плитой 9 становит спиральный корпус центробежного вентилятора. Лопасти 13 вентилятора прикреплены к обрабатывающей шайбе 10 - создают отсасывающий поток из зоны обработки и направляют его в мешок 14. В верхней плите 9 вырезан паз для прохода корешка блока по обрабатывающей шайбе 10. Для ограничения величины отгиба корешка блока к верхней плите 9 в поблизости зоны резания крепятся регулируемые боковые упоры II. Накладной столик 4 вместе с узлом обрабатывающей шайбы и секцией удаления бумажной пыли могут изменять свое положение относительно транспортирующей каретки?
Технические характеристики установки: Вид обрабатываемого блока - листы или тетрадь, Формат блока максимальный - А4 или 315 мм, Толщина блока - 5-40 мм, Скорость передвижения - ок. 0,2 м/с, Вид режущего инструмента - ленточная пила тип tfPMfio/lO Линейная скорость обработки - ок. 30 м/с Тип двигателя - В Ке - 90 L 2 Угловая скорость - 314 рад/с Мощность - 2,2 квт Питание - 3x380 в 50 Гц Габаритные размеры установки - 1200x550x600 мм -76 Проследим процесс обработки корешка блока на экспериментальной установке и попытаемся объяснить все явления, связанные с взаимодействием обрабатываемого блока с обрабатывающим инструментом. Рассмотрим сначала проведение книжного блока во время обработки с отведенными боковыми упорами. Книжный блок I толщиной G , рис.3.5«а, выравнивается на накладном столике 3 и зажимается в губках 2 с отступом от корешка блока равным h0 . При дальнейшем движении корешок блока I набегает на горизонтальную опорную плоскость планшайбы 4,отгибается и обрабатывается ленточной пилой 5, рис.3.5 5 . Поскольку при отгибе корешка блока происходит роспуск корешка и искошение его плоскости, обработка происходит лишь по части корешка блока. Глубина обработки в этом случае зависит от упругих свойств выступающей части блока, от его жесткости. Экспериментальным путем было установлено, что жесткость блока по его длине неравномерна, причем наибольшей жесткостью обладает середина блока. В итоге обработки получаем книжный блок I, см. рис.3.5.в, поверхность корешка которого искривлена по сечению корешка и по его длине. Такая форма корешка блока неприемлема для бесшвейного скрепления, искажает блок и не обеспечивает надежной .срезки фальцев. Для достижения надежной обработки корешка блока на необходимую величину и без искажений его формы предлагается вести обработку с отгибом корешка блока, ограниченным боковыми упорами. Экспериментальным путем было установлено, что минимальная глубина обработки, обеспечивающая надежную срезку корешковых фальцев тетрадей
Проведение экспериментальных исследований
Исследуемый процесс обработки корешков книжных блоков является одним из важнейших процессов технологии бесшвейного скрепления книг и брошюр оказывающим существенное влияние на эксплуатационные свойства получаемой продукции.
Целью исследования является исследование процесса обработки корешков книжных блоков разной толщины и разных сортов бумаги для получения высокой прочности скрепления. В проводимых исследованиях пршенены элементы математической статистики и математического планирования эксперимента при поиске оптимальных условий проведения процесса.
Параметром оптимизации у выбирается удельное сопротивление отрыву листа от раскрытого книжного блока.
Поскольку новый способ обработки и скрепления листов в блоке закладывает существенное повышение прочности бесшвейного скрепления то результат будем считать:неудовлетворительным при у 8,0 н/см Столь значительному /почти 100$/ повышению прочности скрепления должно сопуствовать улучшение раскрываемости и повышение долговечности получаемых книжных блоков.В реальных экспериментах в качестве варьирующих факторов применяем два фактора: x-j- - глубина обработки и xg - величина от гиба, характеризующие взаимодействие обрабатываемого блока с обрабатывающим инструментом. Все остальные факторы во время проведения эксперимента постоянны, обеспечивая таким образом повторяемость условий проведения эксперимента.
Границы варьирования факторов х-г и Х как показали эксперименты строго ограничены и находятся в тесной связи с жесткостью бумаги книжного блока и его толщиной G(см.табл.3.4.)
Границы варьирования факторов Xj и Х в функции действительной глубины обработки х{ для книжных блоков разной толщины изготовленных из офсетной бумаги.
Вычеркнутые поля обозначают, что при данных значениях факторов получаем корешок, неудовлетворяющий требованиям бесшвейного скрепления или то, что обработка невозможна.
В правой верхней части таблицы наблюдается появление кривизны корешка блока по длине, вследствие неравномерной жесткости вне-тупающей части корешка.
В левой нижней части таблицы наблюдается появление кривизны корешка по сечению, причем усилия резания значительно возрастают, вплоть до невозможности проведения обработки /заклинивание корешка между планшайбой и боковыми упорами/.
Проводим предварительный эксперимент для определения количества параллельных опытов, а также для подтверждения нормальности закона распределения, что необходимо для проведения дальнейшего хода работ.I. Выбор основных уровней факторов первой серии экспериментов. Ведем параллельно пять серии экспериментов, для всех заданных толщин блоков.
Постоянные факторы - температура наношения клея "t = 170С - толщина клеевого слоя = і,о мм. Учитывая узкие границы варьирования факторов представленные в таблице 3 А выбираем основные уровни факторов таким образом чтобы их предполагаемые верхние и нижние уровни не выходили из области определения,определяемой пригодностью обработанного блока к бесшвейному скреплению. Для всех толщин блоков принимаем основной уровень фактора Xj = 2 мм. Значение основного уровня фактора Х для толщин блоков 5,10, 20,30,40 мм принимаем соответственно Х = 3,5; 4,5; 5,0; 6,0; 6,5 мм. 2. Выбор интервалов варьирования факторов. Факторы Xj и Х изменяем в пределах +0,5 мм. 3. Представление уровней факторов в кодированном виде, ведет ся по следующей формуле:
