Автореферат (Основы теории и расчета трафаретных печатных машин с ракелем валкового типа)

На правах рукописи

ЛИТУНОВ СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

ОСНОВЫ ТЕОРИИ И РАСЧЕТА

ТРАФАРЕТНЫХ ПЕЧАТНЫХ МАШИН

С РАКЕЛЕМ ВАЛКОВОГО ТИПА

специальность 05.02.13 – Машины,

агрегаты и процессы (печатные средства информации)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва – 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный университет печати» на кафедре печатного и послепечатного оборудования

Научный консультант – доктор физико-математических наук, профессор

Быстров Константин Николаевич

Официальные оппоненты – доктор технических наук, профессор

Могинов Рафис Гаптраусович,

Московский государственный

университет печати, г. Москва

доктор технических наук, профессор

Перов Виктор Александрович,

Московский государственный университет природообустройства, г. Москва

доктор технических наук, старший научный сотрудник,

Пономарев Юрий Валентинович,

ООО «Н.Т. Граф», г. Москва

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет дизайна и рекламы»,

Северо-Западный институт печати,

г. Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится «27» мая 2008 г.

в 13-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.147.01

при Московском государственном университете печати (МГУП)

по адресу: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, 2а

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУП

Автореферат разослан «……..» …………………. 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д.212.147.01 Е.Д. Климова

1. Общая характеристика работы

Актуальность исследования. Современный рынок полиграфических услуг характеризуется четким разделением на сегменты, в каждом из которых выпускается довольно узкий ассортимент полиграфической продукции. Соглас–но данным, приведенным в периодической литературе, самыми большими сег–ментами являются коммерческая печать и изготовление упаковки (36% и 27% соответственно). В тоже время среди тенденций современного полиграфии–ческого рынка можно отметить:

• увеличение доли дорогостоящей печатной продукции до 45 %;

• рост доли печатной продукции, изготовленной с помощью УФ-красок и лаков, до 10 % в год на ближайшие годы;

• увеличение сложности печатной продукции как способ противодейст–вия высокой насыщенности рынка;

• рост производства красок для трафаретной печати на 4,4 % к 2010 г.

Перечисленные тенденции развития полиграфического рынка непосред–ственно связаны с трафаретной печатью. Трафаретный способ печати имеет традиционные ниши: печать на готовых изделиях, по текстилю, на сложных нетрадиционных поверхностях (от древесины до бетонных стен), радио–электроника, приборостроение и пр. По данным зарубежной печати рост доли трафаретной печати на рынке полиграфических услуг составляет 4-6 % в год. Количество закупаемых по экспорту трафаретных печатных машин стоит на четвертом месте после листовых офсетных, флексографских, рулонных офсет–ных печатных машин.

Кроме того, одним из направлений развития полиграфии является постро–ение гибридных печатных линий с встроенными секциями трафаретной рота–ционной печати. Это позволяет получать необходимые свойства оттиска на больших тиражах с высокой скоростью, что наиболее востребовано при изгото–влении этикеточной продукции, объёмы которой постоянно растут. Таким обра–зом, данный способ печати обладает известными положительными качествами, которые позволяют ему развиваться и занимать значительную по объему часть рынка полиграфических услуг.

В то же время известны недостатки ТП, среди которых основные:

• низкая производительность трафаретных плоскопечатных машин, обусловленная наличием холостого хода ракельной каретки;

• большие геометрические искажения изображения на оттиске при ис–пользовании плоскопечатных машин из-за деформации сетчатой основы трафа–ретной печатной формы (ТПФ), которые возникают вследствие трения между ракелем и сеткой, а также наличия технологического зазора между сеткой и за–печатываемым материалом;

• невозможность использования в трафаретной ротационной печати печатных форм большого диаметра из-за деформации, которая возникает при воздействии ракеля на формный цилиндр, что ограничивает формат запечаты–ваемой поверхности.

Указанные недостатки сдерживают развитие трафаретной печати, облада–ющей уникальными технологическими и изобразительными возможностями. Таким образом, в условиях роста использования трафаретной печати в полигра–фии и других отраслях промышленности, исследования, направленные на реше–ние указанных проблем трафаретной печати, являются актуальными.

Цель диссертационной работы. Целью диссертационной работы явля–ется создание основ теории и расчета трафаретных печатных устройств с ра–келем валкового типа. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи.

1. Разработка математической модели течения краски в рабочем слое ра–кельного механизма валкового типа.

2. Подтверждение работоспособности разработанной математической мо–дели путем сравнения результатов натурных и вычислительных экспериментов.

3. Определение коэффициентов, входящих в разработанную модель, для возможности её применения за пределами диапазона параметров, учтенных при проведении натурных экспериментах.

Методы исследований. Исследования осуществлялись методом матема–тического моделирования процесса течения жидкости в рабочем слое и экспе–риментальной проверки результатов расчетов. Расчет давления в рабочем слое выполняли с помощью разработанной модели при различных режимах тече–ния. На основании полученной модели разработан компьютерный программный комплекс, включающий ряд программ для вычислительной системы MathCad 2000. С помощью программного комплекса был проведен вычислительный эксперимент по определению параметров течения. По результатам экспери–ментов были определены постоянные коэффициенты, применяемые в модели течения краски, которые позволяют применять разработанную модель вне пределов диапазона параметров течения, использованных в натурных экспериментах.

Натурный эксперимент, проведенный для определения работоспособнос–ти разработаной модели, проводили с помощью исследовательского комплек–са, в которой входили: трафаретное лабораторное печатное устройство, элек–тронный усилитель, цифровой осциллограф, компьютер с соответствующим программным обеспечением. Были проведены эксперименты по определению давления в рабочем слое жидкости при использовании красок, обладающих раз–ными свойствами. Полученные результаты обрабатывались с помощью прог–раммы EXEL.

Также был проведен ряд экспериментов, необходимых для определения параметров течения в рабочем слое. В частности, разработан и изготовлен лабораторный стенд для определения деформации упругой покрышки валик-ракеля в зависимости от давления при использовании выбранных упругих мате–риалов (резины и несколько типов фотополимеров). По результатам проведен–ных экспериментов с помощью теории обработки экспериментальных данных получены модели их деформации. Был изготовлен испытательный стенд и проведены эксперименты по определению давления, при котором краска начи–нает течь через сетчатую основу трафаретной печатной формы. Кроме того, бы–ли проведены опыты по определению работоспособности предложенных вари–антов трафаретных печатных устройств с ракелем валкового типа.

Личный вклад соискателя. В рамках представленной работы автором самостоятельно получены следующие результаты.

1. Математическая модель течения краски в рабочем слое при использо–вании ракеля валкового типа.

2. Разработан комплекс компьютерных программ, в которых реализована математическая модель течения краски в рабочем слое.

3. Разработан и спроектирован лабораторный комплекс для проведения исследований по определению давления в рабочем слое краски при использ–овании ракеля валкового типа.

4. Разработаны и изготовлены лабораторные устройства для проведения испытаний по определению свойств материалов, применяемых в исследованиях.

5. Разработано техническое задание на разработку компьютерной прог–рамммы решения уравнения Навье-Стокса, принято участие в программми–ровании и отладке программы.

6. Проведены вычислительные и натурные эксперименты по определению работоспособности предложенной математической модели течения краски в рабочем слое.

7. Предложены варианты трафаретного печатного устройства с ракелем валкового типа, защищенные патентами на полезную модель, проведены опыты по определению работоспособности указанных устройств.

8. Сделаны практические рекомендации по расчету и проектированию трафаретных печатных устройств с ракелем валкового типа.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Математическая модель течения жидкости в рабочем слое трафаретных печатных устройствах с ракелем валкового типа.

2. Результаты экспериментов по определению оптимальных параметров трафаретных печатных устройств с ракелем валкового типа.

3. Рекомендации по применению и расчету трафаретных печатных ус–тройств с ракелем валкового типа, полученные с использованием компьютер–ных и натурных экспериментов.

4. Варианты трафаретных печатных устройств с ракелем валкового типа.

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 эксплуа–тации трафаретных печатающих устройств с ракелем валкового типа;

• определении диапазона применимости трафаретного печатающего ус–тройства в зависимости от скорости движения ракельной каретки, диаметра валик-ракеля, скорости его вращения и плотности сетчатой основы трафарет–ной печатной формы.

Практическая значимость работы

Практическая ценность работы заключается в получении результатов, позволяющих регулировать печатный процесс за счет изменения скорости дви–жения ракельной каретки и скорости вращения валик-ракеля в зависимости от плотности краски. Полученные результаты предназначены для расчета, проек–тирования и эксплуатации трафаретных печатных устройств с ракелем валко–вого типа. Применение указанных печатных устройств позволит устранить причины, препятствующие её развитию и существенно расширить техно–логические возможности трафаретной печати. Кроме того, результаты работы могут применяться при исследовании увлажняющего аппарата непрерывного действия офсетной печатной машины.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертации обсуждались на Всесо–юзном совещании по методам расчёта полиграфических машин-автоматов в г. Львове в 1987 г., на конференции «Научно-технический прогресс в полигра–фии» в г. Москве в 1987 г., на первой всесоюзной научно-практической конфе–ренции молодых ученых и специалистов Госкомиздата СССР «Научно-техни–ческий прогресс в книжном деле» в г. Москве в 1988 г., на первой заочной меж–дународной 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., в сборниках различного уровня. В частности в сборниках, входящих в список ВАК, опубликовано 9 статей. Научная новизна предложенных техни–ческих решений подтверждается двумя патентами на изобретение и двумя па–тентами на полезную модель.

Структура диссертации.

Диссертационная работа содержит введение, четыре главы, заключение, список использованных источников и приложения. В основной текст включено 4 таблицы, 130 рисунков. В приложении приведены математические зависимости, полученные в работе и применяемые при моделировании течения, тексты компьютерных программ, результаты, полученные с помощью лабораторных установок. Полный объем исследования, включая приложения, составляет 324 страницы.

2. Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы исследо–вания, определяются основные направления диссертационной работы, цели и задачи диссертации, объект и предмет исследования, степень новизны и прак–тическая значимость работы. В частности, подробно рассмотрены области при–менения трафаретной печати, определены её основные преимущества и недос–татки. Среди преимуществ основными являются разнообразие запечатываемых материалов, а также толщина красочного слоя на оттиске. Однако недостатки, присущие этому способу, сдерживали его развитие.

В первой главе приводится перечень материалов, применяемых при из–готовлении трафаретных печатных форм (ТПФ), перечисляются способы изго–товления ТПФ, как плоских, так и ротационных. Также приведены способы воз–действия на краску, с помощью которых происходит продавливание краски че–рез печатающие элементы на запечатываемый материал. Наиболее распростра–ненным способом создания такого усилия является механическое воздействие на краску с помощью плоского или ротационного ракеля.

Проводится анализ способов изготовления ТПФ и формных материалов, на основании которого определено, что плоские трафаретные печатные формы, независимо от способа изготовления и применяемых формных материалов, при использовании плоского ракеля подвержены значительным деформациям в процессе печатания, которые ведут к графическим искажениям изображения на оттиске. Данное свойство не позволяет осуществлять печатание без холостого хода, что снижает скорость трафаретных плоскопечатных машин. В трафарет–ной ротационной печати, из-за наличия тянущих усилий со стороны плоского ракеля на печатную, форму ограничены габаритные размеры печатной формы. Указанные проблемы, мешающие развитию трафаретной печати, позволяет ре–шить применение ракеля валкового типа. В настоящее время существуют тра–фаретные ротационные устройства с ракелем валкового типа, однако их приме–нение ограничивается маловязкими красками и низкосортными бумагами.

Проведен обзор и анализ работ отечественных и зарубежных исследо–вателей, касающихся изучения течения краски в трафаретном печатном процес–се. Отмечено лишь несколько работ, посвященных ракелям валкового типа, которые носят в основном экспериментальный характер. Авторы этих работ мо–делируют течение краски непосредственно через сетчатую основу ТПФ, и не касаются течения краски в пространстве между ракелем валкового типа и по–верхностью печатной формы. Все указанные работы проведены зарубежными исследователями. В нашей стране такие исследования не проводились.