Корея Ever-Power · Ръководство за приложно инженерство
Червяк и червячно колело за печатни машини и задвижвания за подаване на хартия
В офсетова печатна машина, една червячна зъбна предавка прави нещо, което никой друг тип зъбна предавка не може да възпроизведе: тя преобразува въртеливото движение в едновременно въртене и аксиално движение на ролката за разпределение на мастилото – разпределяйки равномерно 2-микронно мастилено фолио върху 1000 мм ширина на ролката с всяко завъртане. Този осцилиращ механизъм е скритата геометрия зад всяко рязко отпечатано изображение.
Печатните машини използват червячни зъбни колела в две различни роли, които никое друго приложение не комбинира. Първо, механизмът за осцилиране на ролката за мастило: червячна резба се зацепва със спираловиден канал на ролката за разпределение на мастилото, преобразувайки въртенето в аксиално движение на ролката — разпределяйки мастилото равномерно по ширината на печата, за да се предотврати образуването на ленти. Второ, задвижването на хартията или ролката: червячните зъбни колела задвижват ролките за транспортиране на хартия с прецизно контролирана скорост за точност на многоцветна регистрация в рамките на плюс или минус 0,05 мм. Диаграмата на механизма за осцилиране на мастилото показва как геометрията на червячната резба определя хода и скоростта на движение. Вибрацията от зацепването на червячната зъбна колела се предава през мастиления тракт към печатащата повърхност — което прави повърхностната обработка (Ra 0,2 до 0,4 µm) и точността на зъбите (DIN 5 до 7) критични за качеството на печат. Червячните зъбни колела на печатните машини работят с по-високи скорости (вход от 1500 до 3000 об/мин) и по-леки натоварвания (от 5 до 20 N·m) от повечето индустриални приложения с червячни зъбни колела, поставяйки ги в режим на прецизна скорост, а не в режим на въртящ момент и капацитет.
Две различни роли на червячните зъбни колела в печатните машини
За разлика от всяко друго приложение в тази серия (A01 до A17), където червячната зъбна предавка служи единствено като редуктор на скоростта, печатарските машини използват геометрията на червячната предавка по два фундаментално различни начина – и разбирането и на двата е необходимо за правилната спецификация.
Задвижващата резба се зацепва със спираловиден жлеб на ролката за разпределение на мастилото. Докато нишката се върти (задвижвана от зъбната предавка на печатащия цилиндър), ролката за мастило едновременно се завърта и се измества аксиално с 3 до 8 мм на оборот. Това аксиално трептене разпределя мастиления филм равномерно по ширината на ролката, предотвратявайки лентите на гладуване на мастилото. Червякът тук функционира като гърбичен механизъм с линейно движение, а не като редуктор на скоростта. „Зъбната двойка“ е резбата на червяка и жлебът на ролката, а не отделно червячно колело.
Двойката червяк и червячно колело намалява скоростта на двигателя до скоростта на ролката за транспортиране на хартията — конвенционалната функция за намаляване на скоростта. Двойката червячни зъбни колела за подаване трябва да осигурява изключително постоянна изходна скорост, тъй като многоцветният печат регистрира четири отделни цветни отпечатъка върху един и същ лист в рамките на плюс или минус 0,05 мм. Вариация на скоростта от 0,1 процента на подаващата ролка води до кумулативна грешка в регистрацията, която се вижда като цветни кантове след 3 до 5 дължини на печат.
Механизъм на осцилиране на мастиления валяк — как геометрията на червячната резба разпределя мастилото
Механизмът за осцилиране на мастилото е уникален за печатарските машини — никоя друга индустрия не използва геометрия на червячна предавка по този начин. Резбата на червяка действа като спираловиден ексцентрик, който се зацепва със съответстващ спираловиден канал, обработен в шийката на ролката за разпределение на мастилото. Докато червякът се върти, резбата избутва ролката аксиално, докато ролката едновременно се върти от фрикционен контакт със съседните ролки за мастило в мастиления канал.
Диаграмата по-долу показва механизма в напречно сечение и аксиален изглед.
Ход на преместване S = 3 до 8 мм ├─────────────────────────────────────────┤ ═══════════════════════╗ ╔═════════════════════ СПИСЪК НА МАСТИЛЕНИЯ ВАЛЯК ╚══════════════════╝ ТЯЛО НА МАСТИЛЕНИЯ ВАЛЯК (спирален жлеб) ↕ зацепване (носи мастилен филм) │ [ЧЕРВЕЙНА НИШКА] │ Ос на въртене на червея (перпендикулярно на ролката) Червеят се върти ──→ резбата избутва ролката аксиално ──→ ролката осцилира ляво-дясно с ход S на оборот Ход: S = ход на червяка × (ъгъл на захващане на канала / 360°) Типично: стъпка 6 мм × 180° захващане = 3 мм ход на половин оборот Пълен цикъл на трептене: 6 мм общо преместване (3 мм наляво + 3 мм надясно)
Защо трептенето е важно за качеството на печат. Без аксиално трептене, ролката за разпределение на мастилото пренася мастило само по фиксираната контактна линия с всеки съседен ролка. Консумацията на мастило варира по ширината на отпечатаното изображение (снимка с тъмни области отляво използва повече мастило от лявата страна) и без трептене, мастиленият филм става неравномерен в рамките на 50 до 100 отпечатъка, създавайки видими светли и тъмни ленти в области с плътен цвят. Трептенето преразпределя мастилото странично, осреднявайки дебелината на филма по цялата ширина на ролката. Ходът на трептене (3 до 8 мм) и честотата на трептене (веднъж на 1 до 3 оборота) се задават от хода на червячната резба и геометрията на зацепване — те са вградени в конструкцията на червяка и не могат да се регулират след производството.
Изискване за точност на резбата. Резбата на червяка, която задвижва трептенето на ролката с мастило, трябва да бъде произведена с по-малки допуски от стандартния червяк с намаляване на скоростта. Грешката в стъпката на осцилиращия червяк води до неравномерна скорост на движение — ролката се движи по-бързо в едната посока от другата, създавайки асиметрично разпределение на мастилото. Кумулативната грешка в стъпката на резбата трябва да бъде под 10 µm по цялата дължина на зацепване на резбата (обикновено от 20 до 40 mm). Това изисква шлифоване (Ra 0,2 до 0,4 µm) на резбата на осцилиращия червяк — фрезованите резби с Ra 1,6 µm не отговарят на изискването за точност на стъпката за качествен печат.
Чувствителност към вибрации — как възбуждането на зацепването на червячна предавка влияе върху качеството на печат
Печатните машини са чувствителни към вибрации машини. Пренасянето на мастило от плочата към одеялото и хартията се осъществява при контактно налягане от 0,1 до 0,3 MPa при ширина на щипката от 3 до 8 мм — всяка вибрация, която модулира това контактно налягане, води до съответна модулация в дебелината на мастиления филм върху хартията. Резултатът се вижда като „ghosting“ (бледи повтарящи се сенки на изображението), „banding“ (периодични светли и тъмни ивици) или „slur“ (размазване на изображението в посока на печат).
Зъбната двойка – както осцилиращият компонент, така и двойката за намаляване на подаването – допринася за вибрациите на своята честота на зацепване. За конфигурация с един старт при 1500 об/мин, честотата на зацепване е 1500 / 60 = 25 Hz. За конфигурация с 2 старта при същата скорост, честотата на зацепване е 50 Hz. Тези честоти попадат в диапазона от 10 до 100 Hz, където рамката на печатната машина и мастилената линия имат структурни резонанси – което означава, че дори малко възбуждане на честотата на зацепване може да се усили и да доведе до значителни вибрации на печатната повърхност.
Таблицата показва, че разликата в повърхностното покритие между фрезована и припокривана обработка води до 10-кратно намаление на амплитудата на вибрациите на мрежата – което се превръща от „видими ленти“ в „без видим дефект“ в качеството на печат. За търговски офсетов и флексопечат, шлифованото покритие (Ra 0,4 µm) е стандартът. За първокласни опаковки, репродукции на произведения на изкуството и защитен печат (банкноти, марки) се определя припокриваното покритие (Ra 0,2 µm).
Корейски флексопечатник за опаковки съобщи за периодично образуване на ленти на нова 6-цветна машина, работеща с печат върху гофриран картон със скорост 180 метра в минута. Лентите се появяват като светли/тъмни ивици на интервали от 25 мм в големи едноцветни области - интервалът, съответстващ на обиколката на червяка за осцилиране на мастилото (единичен старт, Ø8 мм, стъпка 8 мм). Разследването потвърди, че осцилиращата част е била фрезована (Ra 1,4 µm). Грешката в стъпката е била 22 µm върху дължината на захващане от 30 мм, което води до неравномерна скорост на осцилиране и асиметрично разпределение на мастилото. Производителят на машината е посочил шлифовани червяци в оригиналния списък с части, но резервният осцилиращ червяк, доставен при последната поддръжка, е бил заменен с фрезован червяк от дистрибутора на части (визуално идентичен, с 60 процента по-евтин). Замяната със шлифован компонент (Ra 0,3 µm, грешка в стъпката 6 µm) елиминира образуването на ленти в рамките на първите 100 отпечатъка след монтажа. Цена на шлифованата част: 28 USD. Цена на фрезования заместител: 11 USD. Цена на печатните отпадъци, свързани с лентообразуването, през 3-те седмици, през които беше инсталирана фрезованата част: приблизително 4800 щатски долара в бракувани картонени опаковки. Поука: компонентите на осцилацията на печатарската машина не са взаимозаменяеми със стандартните части от индустриален клас — точността на шпулата и изискванията за повърхностна обработка са специфични за печатащата функция и трябва да се проверяват при всяка подмяна, а не да се приемат от размерната съвместимост.
Спецификации на три червячни зъбни колела за печатна машина
Случай 1 — Корейски флексопечат за опаковки: 6 цвята, осцилация на мастилото + задвижване за подаване
Корейска печатница за опаковки е определила компоненти за червячна предавка за 6-цветна флексографска машина, работеща с гофрирани и гъвкави опаковки със скорост от 120 до 200 м/мин. Всяка цветна станция е имала една нишка за осцилиране на мастилото и една двойка зъбни колела за намаляване на подаването. Осцилираща резба: едноходова, Ø10 мм, стъпка 6 мм, шлифована Ra 0,3 µm, закалена стомана (HRC 58). Грешка на стъпката: под 8 µm при захващане от 35 мм. Ход на преместване: 3 мм на половин оборот. Шест осцилиращи нишки на преса: 6 × 22 USD = 132 USD. Червячна зъбна колела за намаляване на подаването: едноходова, модул 1,5, междуосово разстояние 30 мм, съотношение 20:1, шлифована Ra 0,4 µm, клас на точност по DIN 6. Изходен въртящ момент: 8 N·m (лек — само опъване на хартиената лента). Шест двойки подавания на преса: 6 × 85 USD = 510 USD. Обща цена на компонентите на предавката на преса: 642 USD. Печатната машина отпечатваше приблизително 2,4 милиона линейни метра гофрирани опаковки годишно на цена от 0,08 щатски долара на линеен метър, което представлява 192 000 щатски долара годишно печатно производство, дължащо се на 642 щатски долара компоненти за червячни предавки.
Случай 2 — Японски офсетов печатар: 4-цветен, ±0,05 мм регистрация, припокриване
Японска търговска печатница е определила червячни зъбни колела за задвижването на листоподаване на 4-цветна офсетова машина, произвеждаща висококачествени брошури, каталози и художествени щампи. Изискване за регистрация: плюс или минус 0,05 мм между четири цветоотделящи линии (CMYK). Размер на листа: B1 (720 × 1020 мм). Скорост на печат: 12 000 листа на час. Червячната зъбна колела на задвижването на подаването трябва да осигурява постоянство на скоростта в рамките на плюс или минус 0,05%, за да се постигне целта за регистрация при дължина на печат 1020 мм — вариация на скоростта от 0,05% върху 1020 мм води до кумулативна грешка в позицията от 0,5 мм на задния ръб на листа. При толеранс плюс или минус 0,05 мм, допустимата вариация на скоростта е плюс или минус 0,005%. Двойка зъбни колела за подаване: едноходова, модул 2, междуцентрово разстояние 40 мм, съотношение 15:1, припокриване Ra 0,2 µm, клас на точност по DIN 5. Хлабина: под 3 дъгови минути (дуплекс). Полираното покритие и точността по DIN 5 осигуряват вибрации на мрежата под 0,01 mm/s RMS — което води до вариация на мастиления филм под плюс или минус 2 процента. Цена на чифт червячни зъбни колела за подаване: 280 USD (полирано + дуплексно + DIN 5 premium). Разгледайте прецизно червячно зъбно колело опции за приложения в печатни машини, изискващи точност по DIN 5 до 7 и полирана повърхност.
Случай 3 — Виетнамска вестникарска преса: ролен печат, високоскоростен, ориентиран към разходите
Виетнамски издател на вестници е определил червячни зъбни колела за задвижванията за подаване на ролен лист и сгъване на 4-секционна ролна офсетова машина, работеща с 45 000 копия на час. Печатът на вестници има по-ниски допустими отклонения в качеството в сравнение с търговския офсет — регистрацията при плюс или минус 0,3 мм е приемлива, видимите ленти в плътни зони са допустими при вестникарска хартия, а основният двигател на спецификацията е надеждността при висока скорост при дълги тиражи на печат (над 100 000 отпечатъка на цикъл). Червячна зъбна колела за подаване на ролен лист: 2-стъпкова (по-висока ефективност при висока скорост, не е необходимо самозаключване при подаване на ролнен лист), модул 2, междуосово разстояние 40 мм, съотношение 10:1, шлифован Ra 0,6 µm, клас на точност по DIN 7. Входна скорост: 2800 об/мин. Спецификацията за 2-стъпкова обработка е увеличила ефективността от 48 на 70 процента — намалявайки топлината на двигателя и удължавайки живота на лагерите при поддържана висока входна скорост. Цена за чифт: 65 USD. Нишки за осцилиране на мастилото: стандартно шлифовани Ra 0,4 µm, стъпка 8 мм. Цена на осцилиращ червяк: 15 щатски долара. Обща цена на компонентите на зъбното колело за 4-секционната печатна машина: приблизително 520 щатски долара. Печатната машина е произвеждала приблизително 16 милиона вестникарски копия годишно — цената на зъбното колело е представлявала по-малко от 0,004 процента от годишната стойност на печатното производство.
Често задавани въпроси
В: Може ли стандартен индустриален червяк да се използва като осцилиращ червяк за печатна машина?
Само ако точността на шпиндела и обработката на повърхността отговарят на изискванията за печат. Стандартен индустриален детайл с Ra 1.6 µm и грешка в шпиндела над 15 µm ще доведе до видими ленти от мастило в области с плътен цвят — дори ако размерното съответствие (диаметър, шпиндел, форма на резбата) е правилно. Функцията на осцилиране зависи от точността на шпиндела (под 10 µm кумулативно) и гладкостта на повърхността (Ra под 0.4 µm), които стандартните индустриални червяци не гарантират. Винаги проверявайте спецификацията за грешката в шпиндела и обработката на повърхността с доставчика на червяка — или изрично посочвайте „печатна осцилационна резба“, за да се гарантира прилагането на правилния производствен толеранс.
В: Как осцилиращият ход влияе върху качеството на разпределение на мастилото?
По-дългият ход (6 до 8 мм) осигурява по-добро разпределение на мастилото по ширината на ролката, но увеличава аксиалната сила върху ролковите лагери и резбата на червяка. По-късият ход (3 до 4 мм) намалява натоварването на лагерите, но изисква повече цикли на трептене (повече обороти на червяка), за да се постигне еквивалентно разпределение на мастилото. Оптималният ход зависи от вискозитета на мастилото и схемата на покритие на печата: UV мастилата с висок вискозитет се нуждаят от по-дълъг ход; флексо мастилата на водна основа с нисък вискозитет се разпространяват по-лесно с по-къс ход. Производителите на печатни машини задават хода по време на проектиране, като избират стъпката на червяка и геометрията на зацепване — операторът не може да го регулира на място.
В: Какъв клас на точност по DIN трябва да се посочи за червячни зъбни колела за печатни машини?
Класовете на точност по DIN 3974 за червячни зъбни колела варират от 1 (най-висока прецизност) до 12 (най-ниска). Търговски печат (брошури, опаковки): DIN 6 до 7 — постижимо със шлифован червяк при Ra 0.4 µm. Премиум печат (репродукции на произведения на изкуството, защитен печат): DIN 5 — изисква припокриващ се червяк при Ra 0.2 µm и индивидуално проверена геометрия на зъбите. Вестникарски и гофриран картон: DIN 7 до 8 — постижимо със шлифован или шлифован червяк. Класът по DIN определя както възбуждането на зацепването (вибрации), така и грешката при предаване (вариация на скоростта) — и двете от които пряко влияят върху качеството на печат. Посочването на един клас по-стегнато от необходимото добавя от 30 до 50 процента към цената на червячната зъбна двойка; посочването на един клас по-хлабаво от необходимото води до видими дефекти при печат.
В: Колко често трябва да се сменят червячните зъбни колела на печатарските машини?
Осцилиращите червяци се износват в точката на контакт на резбата с жлеба на ролката. Интервалът на подмяна зависи от скоростта на пресата и работните часове: пресите за вестници с над 3000 часа работа годишно може да се нуждаят от подмяна на осцилиращата нишка на всеки 2 до 3 години. Търговски офсет с 1500 до 2500 часа работа годишно: на всеки 3 до 5 години. Индикаторът за износване е влошаване на качеството на печат (повторна поява на ленти в плътни зони), а не фиксиран брой часове - когато се появят ленти, които не са били налице при последната инсталация на осцилиращия червяк, сменете резбата. Двойките зъбни колела за намаляване на подаването издържат по-дълго (от 5 до 10 години), защото натоварванията са леки и работата е непрекъсната (по-малко умора при стартиране и спиране, отколкото при промишлени приложения).
В: Използват ли дигиталните печатни машини червячни зъбни колела?
Цифровите печатни машини (мастиленоструйни, електрофотографски) не използват червячни зъбни колела с осцилация на мастилото, защото нямат конвенционални мастилени влакове — изображението се формира дигитално без системата от мастилени ролки, която изискват аналоговите печатни машини. Въпреки това, цифровите печатни машини все още използват червячни зъбни колела за задвижване на транспортиране на хартия, подаване на листове и извеждане на хартия — функциите за намаляване на скоростта и самозаключване са същите като при офсетовите и флексографските печатни машини. Следователно пазарът на червячни зъбни колела за печатни машини се измества от силно осцилиращи (аналогови печатни машини) към само подаващи (цифрови печатни машини) с прехода на индустрията — но общото търсене на компоненти остава стабилно, защото всяка печатна машина, аналогова или дигитална, се нуждае от задвижвания за транспортиране на хартия.
Печатните машини използват геометрия на червячна предавка по начин, който никоя друга индустрия не може да възпроизведе: механизмът за осцилиране на мастиления вал преобразува въртенето на червячната резба в едновременно аксиално движение на разпределителния вал, разпределяйки мастилото равномерно по ширината на печата, за да предотврати образуването на ленти. Този механизъм изисква точност на водещите линии с печатно качество (под 10 µm кумулативно) и повърхностна обработка (Ra 0,2 до 0,4 µm), които стандартните индустриални червяци не осигуряват. Червячната предавка за намаляване на подаването изпълнява конвенционалната роля на редуктор на скоростта, но при спецификации за прецизна скорост (DIN 5 до 7, вибрации на мрежата под 0,05 mm/s RMS), които директно определят точността на многоцветна регистрация и еднородността на мастиления филм. Повърхностната обработка е най-влиятелният параметър на спецификацията - разликата между фрезована (Ra 1,6 µm) и припокривана (Ra 0,2 µm) води до 10-кратно намаляване на вибрациите на мрежата и разликата между „видими ленти“ и „първокласно качество на печат“.
За производителите на печатни машини и екипите по поддръжка на машини, нашето инженерно бюро предоставя осцилиращи резби с печатно качество и двойки редуктори за подаване с точност от DIN 5 до 8. Стандартен каталог прецизни червячни зъбни колела включете осцилиращи резби с проверени сертификати за точност на водещите елементи и захранващи двойки с документация за клас на точност DIN. Изпратете спецификация на печатащото устройство с тип печатна машина, диапазон на скоростта, степен на качество на печат и брой цветни станции.
Специфициране на червячни зъбни колела за печатна машина?
Изпратете информация за типа печатна машина (офсетова, флексо, гравюра), броя на цветните станции, скоростта на печат, толеранса за регистрация и дали са ви необходими осцилиращи нишки, подавателни двойки или и двете. Ще ви препоръчаме класа на точност по DIN, повърхностната обработка и спецификацията за точност на водещите линии.
Редактор: Cxm
