Korea Ever-Power · Průvodce aplikačním inženýrstvím
Šnek a šnekové kolo pro tiskařské stroje a pohony podávání papíru
V ofsetovém tiskovém stroji dělá jeden pár šnekových převodů něco, co žádný jiný typ převodu nedokáže napodobit: převádí rotační pohyb na souběžnou rotaci a axiální posuv válce pro distribuci barvy – s každou otáčkou rovnoměrně rozprostírá 2mikronový film barvy na šířku válce 1 000 mm. Tento oscilační mechanismus je skrytou geometrií za každým ostrým vytištěným obrazem.
Tiskové stroje používají šnekové převody ve dvou odlišných rolích, které žádná jiná aplikace nekombinuje. Zaprvé, mechanismus oscilace válce pro tiskovou barvu: šnekový závit zabírá se spirálovou drážkou na válci pro distribuci barvy a přeměňuje rotaci na axiální posuv válce – rovnoměrně rozděluje barvu po celé šířce tisku, aby se zabránilo tvorbě pruhů. Zadruhé, pohon podávání papíru nebo pásu: šnekové převody pohánějí válečky pro transport papíru přesně řízenou rychlostí pro přesnost vícebarevné registrace s tolerancí plus mínus 0,05 mm. Schéma mechanismu oscilace barvy ukazuje, jak geometrie šnekového převodu určuje zdvih a rychlost posuvu. Vibrace ze záběru šnekového převodu se přenášejí přes vodicí větev barvy na tiskovou plochu – takže pro kvalitu tisku je zásadní kvalita povrchu (Ra 0,2 až 0,4 µm) a přesnost zubů (DIN 5 až 7). Šnekové převody tiskových strojů pracují s vyššími rychlostmi (vstupní proud 1 500 až 3 000 ot./min) a nižším zatížením (5 až 20 N·m) než většina průmyslových aplikací šnekových převodů, což je řadí do režimu přesných otáček spíše než do režimu točivého momentu.
Dvě odlišné role šnekových převodů v tiskařských strojích
Na rozdíl od všech ostatních aplikací v této sérii (A01 až A17), kde šnekový převod slouží čistě jako reduktor rychlosti, tiskařské stroje používají geometrii šnekového převodu dvěma zásadně odlišnými způsoby – a pochopení obou je nezbytné pro správnou specifikaci.
Hnací závit zabírá se spirálovou drážkou na válci pro distribuci barvy. Jak se nit otáčí (poháněna ozubeným soukolí tiskového válce), barevný válec se současně otáčí a axiálně posouvá o 3 až 8 mm na otáčku. Tato axiální oscilace rovnoměrně rozprostírá barevný film po šířce válce, čímž zabraňuje vzniku pásem nedostatku barvy. Šnek zde funguje jako lineární vačka, nikoli jako reduktor rychlosti. „Pár ozubených kol“ je šnekový závit a drážka válce – nikoli samostatné šnekové kolo.
Dvojice šneku a šnekového kola snižuje otáčky motoru na otáčky válečků pro přepravu papíru – což je konvenční funkce snižování rychlosti. Dvojice šnekových převodů musí poskytovat extrémně konzistentní výstupní rychlost, protože vícebarevný tisk registruje čtyři samostatné barevné otisky na stejném archu s tolerancí plus mínus 0,05 mm. Změna rychlosti podávacího válce o 0,1 procenta způsobuje kumulativní chybu registrace, která se projeví jako barevné lemování po 3 až 5 délkách tisku.
Mechanismus oscilace inkoustového válce – jak geometrie šnekového závitu rozděluje inkoust
Mechanismus kmitání inkoustu je pro tiskařské stroje jedinečný – žádné jiné odvětví nepoužívá geometrii šnekového převodu tímto způsobem. Závit šneku funguje jako spirálová vačka, která zabírá s odpovídající spirálovou drážkou vyfrézovanou do čepu válce pro distribuci inkoustu. Jak se šnek otáčí, závit tlačí válec axiálně, zatímco válec se současně otáčí v důsledku třecího kontaktu se sousedními válci pro rozdělování inkoustu v barevném řetězci.
Níže uvedený diagram znázorňuje mechanismus v řezu a axiálním pohledu.
Posuvný zdvih S = 3 až 8 mm ├─────────────────────────────────────────┤ ═══════════════════════╗ ╔═════════════════════ ČASOPIS INKOUSTOVÉHO VÁLEČKU ╚═══════════════════╝ TĚLO INKOUSTOVÉHO VÁLEČKU (šroubovitá drážka) ↕ zapojit (nese inkoustový film) │ [ ]ČERVÍ ZÁVIT] │ Osa otáčení šneku (kolmo k válci) Červ se otáčí ──→ závit tlačí válec axiálně ──→ válec osciluje zleva doprava o zdvih S na otáčku Zdvih: S = stoupání šneku × (úhel záběru drážky / 360°) Typické: stoupání 6 mm × úhel záběru 180° = Zdvih 3 mm na půl otáčky Plný oscilační cyklus: celkový posuv 6 mm (3 mm vlevo + 3 mm vpravo)
Proč je oscilace důležitá pro kvalitu tisku. Bez axiální oscilace přenáší válec pro distribuci inkoustu inkoust pouze v pevné kontaktní linii s každým sousedním válcem. Spotřeba inkoustu se liší v rámci šířky tištěného obrazu (fotografie s tmavými oblastmi vlevo spotřebuje na levé straně více inkoustu) a bez oscilace se inkoustový film po 50 až 100 otiskech stává nerovnoměrným – v jednobarevných oblastech vznikají viditelné světlé a tmavé pásy. Oscilace redistribuuje inkoust laterálně a zprůměruje tloušťku filmu po celé šířce válce. Zdvih oscilace (3 až 8 mm) a frekvence oscilace (jednou za 1 až 3 otáčky) jsou nastaveny stoupáním závitu šneku a geometrií záběru – jsou zabudovány do konstrukce šneku a nelze je po výrobě upravit.
Požadavek na přesnost závitu. Závit šneku, který pohání kmitání barevníkového válce, musí být vyroben s užšími tolerancemi než standardní šnek s redukcí rychlosti. Chyba stoupání oscilačního šneku způsobuje nerovnoměrnou rychlost posuvu – válec se pohybuje rychleji v jednom směru než ve druhém, což vytváří asymetrické rozložení barvy. Kumulativní chyba stoupání by měla být nižší než 10 µm po celé délce závitu (obvykle 20 až 40 mm). To vyžaduje broušení (Ra 0,2 až 0,4 µm) závitu oscilačního šneku – odvalované závity s Ra 1,6 µm nesplňují požadavek na přesnost stoupání pro kvalitní tisk.
Citlivost na vibrace – jak buzení záběru šnekového převodu ovlivňuje kvalitu tisku
Tiskařské stroje jsou stroje citlivé na vibrace. Přenos barvy z desky na potah a na papír probíhá při kontaktním tlaku 0,1 až 0,3 MPa v šířce štěrbiny 3 až 8 mm – jakákoli vibrace, která moduluje tento kontaktní tlak, vytváří odpovídající modulaci tloušťky tiskového filmu na papíře. Výsledek je viditelný jako „ghosting“ (slabé opakující se stíny obrazu), „banding“ (periodické světlé a tmavé pruhy) nebo „slur“ (rozmazávání obrazu ve směru tisku).
Dvojice ozubených kol – jak oscilační složka, tak dvojice pro redukci posuvu – přispívá k vibracím na své síťové frekvenci. Pro konfiguraci s jedním chodem a vstupními otáčkami 1 500 ot./min je síťová frekvence 1 500 / 60 = 25 Hz. Pro konfiguraci se dvěma chody a stejnou rychlostí je síťová frekvence 50 Hz. Tyto frekvence spadají do rozsahu 10 až 100 Hz, kde rám tiskového stroje a tisková soustava vykazují strukturální rezonance – což znamená, že i malé buzení na síťové frekvenci se může zesílit a vést k významným vibracím na tiskovém povrchu.
Tabulka ukazuje, že rozdíl v povrchové úpravě mezi odvalovaným a lapovaným povrchem vede k 10násobnému snížení amplitudy vibrací sítě – což se v kvalitě tisku promítá z „viditelného pruhování“ do „žádné viditelné vady“. Pro komerční ofsetový a flexografický tisk je standardem broušená povrchová úprava (Ra 0,4 µm). Pro prémiové obaly, umělecké reprodukce a bezpečnostní tisk (bankovky, známky) je specifikována lapovaná povrchová úprava (Ra 0,2 µm).
Korejský flexografický tiskař obalů hlásil periodické pruhování na novém šestibarevném tiskovém stroji, který tiskl na vlnitou lepenku rychlostí 180 metrů za minutu. Pruhy se projevovaly jako světlé/tmavé pruhy v intervalech 25 mm ve velkých plochách s plnou barvou – interval odpovídá obvodu oscilačního šneku pro tisk barvy (jednorázový tisk, Ø 8 mm, stoupání 8 mm). Vyšetřování potvrdilo, že oscilační část byla odvalována (Ra 1,4 µm). Chyba stoupání byla 22 µm na délce záběru 30 mm – což vedlo k nerovnoměrné rychlosti oscilace a asymetrickému rozložení barvy. Výrobce tiskového stroje specifikoval v původním seznamu dílů broušené šneky, ale náhradní oscilační šnek dodaný při poslední údržbě byl distributorem dílů nahrazen odvalovaným šnekem (vizuálně identický, o 60 procent levnější). Výměna za broušenou součástku (Ra 0,3 µm, chyba stoupání 6 µm) eliminovala pruhování během prvních 100 výtisků po instalaci. Cena broušené součástky: 28 USD. Cena odvalované náhrady: 11 USD. Náklady na tiskový odpad související s páskováním během 3 týdnů instalace odvalovacího dílu: přibližně 4 800 USD v odmítnutých kartonech. Ponaučení: komponenty oscilace tiskového stroje nejsou zaměnitelné se standardními průmyslovými díly – požadavky na přesnost stoupání a povrchovou úpravu jsou specifické pro tiskovou funkci a musí být ověřeny při každé výměně, nikoli předpokládány na základě rozměrové kompatibility.
Tři případy specifikace páru šnekových převodů tiskařského stroje
Případ 1 – Korejská flexotisková tiskárna obalů: 6 barev, oscilace inkoustu + pohon podávání
Korejský tiskař obalů specifikoval komponenty šnekového převodu pro 6barevný flexografický tiskový stroj s vlnitou a flexibilní obalovou technikou rychlostí 120 až 200 m/min. Každá barevná stanice měla jeden závit pro oscilaci barvy a jeden pár redukčních ozubených kol pro podávání. Oscilační závit: jednochodý, Ø10 mm, stoupání 6 mm, broušený Ra 0,3 µm, kalená ocel (HRC 58). Chyba stoupání: pod 8 µm při záběru 35 mm. Posuvný zdvih: 3 mm na půl otáčky. Šest oscilačních závitů na lis: 6 × 22 USD = 132 USD. Dvojice šnekových ozubených kol pro redukci posuvu: jednochodá, modul 1,5, osová vzdálenost 30 mm, převodový poměr 20:1, broušený Ra 0,4 µm, třída přesnosti DIN 6. Výstupní točivý moment: 8 N·m (lehký – pouze napětí papírového pásu). Šest dvojic podávacích kol na lis: 6 × 85 USD = 510 USD. Celkové náklady na komponenty převodu na lis: 642 USD. Tiskárna tiskla přibližně 2,4 milionu běžných metrů vlnitých obalů ročně za 0,08 USD za běžný metr – což představuje roční tiskovou produkci ve výši 192 000 USD, poháněnou komponenty šnekových převodů v hodnotě 642 USD.
Případ 2 – Japonská ofsetová komerční tiskárna: 4 barvy, soutisk ±0,05 mm, lapovaný tisk
Japonská komerční tiskárna specifikovala šnekové převody pro pohon podávání archů čtyřbarevného ofsetového tiskového stroje, který produkuje vysoce kvalitní brožury, katalogy a umělecké tisky. Požadavek na soutisk: plus mínus 0,05 mm mezi čtyřmi barevnými separacemi (CMYK). Velikost archu: B1 (720 × 1 020 mm). Rychlost tisku: 12 000 archů za hodinu. Šnekové převody pohonu podávání musí zajišťovat konzistenci rychlosti v rozmezí plus mínus 0,05 procenta, aby bylo dosaženo cílového soutisku na délce tisku 1 020 mm – kolísání rychlosti o 0,05 procenta na 1 020 mm vede k kumulativní chybě polohy 0,5 mm na zadní hraně archu. Při toleranci plus mínus 0,05 mm je povolená kolísání rychlosti plus mínus 0,005 procenta. Dvojice podávacích kol: jednochodá, modul 2, osová vzdálenost 40 mm, poměr 15:1, lapované Ra 0,2 µm, třída přesnosti DIN 5. Vůle: pod 3 úhlových minut (duplex). Lapovaný povrch a přesnost dle DIN 5 zajišťují vibrace sítě pod 0,01 mm/s RMS – což vede k odchylce barevného filmu pod plus mínus 2 procenta. Cena za pár šnekových kol: 280 USD (lapovaný + duplexní + DIN 5 premium). přesný šnekový převodový pohon možnosti pro tiskařské aplikace vyžadující přesnost DIN 5 až 7 a lapovaný povrch.
Případ 3 – Vietnamský novinový tisk: kotoučový, vysokorychlostní, cenově orientovaný
Vietnamský vydavatel novin specifikoval páry šnekových převodů pro pohony kotoučového podávání a skládacího zařízení čtyřjednotkového kotoučového ofsetového tiskového stroje s výkonem 45 000 kopií za hodinu. Tisk novin má ve srovnání s komerčním ofsetem menší toleranci kvality – soutisk s tolerancí plus mínus 0,3 mm je přijatelný, viditelné pruhování v plných plochách je u novinového tisku tolerovatelné a hlavním kritériem pro specifikaci je spolehlivost při vysoké rychlosti při dlouhých tiskových sériích (více než 100 000 výtisků na sérii). Pár šnekových převodů pro kotoučové podávání: 2chodový (vyšší účinnost při vysoké rychlosti, samosvornost není nutná u kotoučového podávání), modul 2, osová vzdálenost 40 mm, poměr 10:1, broušený Ra 0,6 µm, třída přesnosti DIN 7. Vstupní otáčky: 2 800 ot./min. Dvouchodová specifikace zvýšila účinnost ze 48 na 70 procent – snížila se teplota motoru a prodloužila se životnost ložisek při trvale vysoké vstupní rychlosti. Cena za pár: 65 USD. Vlákna pro oscilaci barvy: standardně broušená Ra 0,4 µm, stoupání 8 mm. Cena za oscilační šnek: 15 USD. Celkové náklady na součásti převodovky pro čtyřjednotkový tiskový stroj: přibližně 520 USD. Tiskový stroj vyprodukoval přibližně 16 milionů novinových výtisků ročně – náklady na převodovku představovaly méně než 0,004 procenta roční hodnoty tiskové produkce.
Často kladené otázky
Otázka: Lze použít standardní průmyslový šnek jako oscilační šnek tiskového stroje?
Pouze pokud přesnost stoupání a povrchová úprava splňují tiskové požadavky. Standardní průmyslový díl s Ra 1,6 µm a chybou stoupání nad 15 µm bude v oblastech s plnou barvou vytvářet viditelné proužky barvy – i když je rozměrové shoda (průměr, stoupání, tvar závitu) správná. Oscilační funkce závisí na přesnosti stoupání (kumulativně pod 10 µm) a hladkosti povrchu (Ra pod 0,4 µm), což standardní průmyslové šneky nezaručují. Vždy ověřte chybu stoupání a specifikaci povrchové úpravy u dodavatele šneku – nebo výslovně specifikujte „oscilační závit tiskové kvality“, abyste zajistili použití správné výrobní tolerance.
Otázka: Jak ovlivňuje oscilační zdvih kvalitu rozložení inkoustu?
Delší zdvih (6 až 8 mm) zajišťuje lepší rozprostření barvy po šířce válce, ale zvyšuje axiální sílu na ložiska válečků a závit šneku. Kratší zdvih (3 až 4 mm) snižuje zatížení ložiska, ale vyžaduje více oscilačních cyklů (více otáček šneku) k dosažení ekvivalentního rozprostření barvy. Optimální zdvih závisí na viskozitě barvy a vzoru pokrytí tisku: vysoce viskózní UV barvy potřebují delší zdvih; nízkoviskózní flexo barvy na vodní bázi se snáze rozprostírají kratším zdvihem. Výrobci tiskových strojů nastavují zdvih v době návrhu volbou stoupání šneku a geometrie záběru – obsluha jej nemůže upravovat v terénu.
Otázka: Jakou třídu přesnosti DIN by měly specifikovat páry šnekových ozubených kol tiskařského stroje?
Třídy přesnosti šnekových převodů dle DIN 3974 se pohybují od 1 (nejvyšší přesnost) do 12 (nejnižší). Komerční tisk (brožury, obaly): DIN 6 až 7 – dosažitelné s broušeným šnekem o Ra 0,4 µm. Prémiový tisk (reprodukce umění, bezpečnostní tisk): DIN 5 – vyžaduje lapovaný šnekový převod o Ra 0,2 µm a individuálně ověřenou geometrii zubů. Noviny a vlnitý karton: DIN 7 až 8 – dosažitelné s broušeným nebo odvalovaným a hoblinovaným šnekem. Třída DIN určuje jak buzení v záběru (vibrace), tak chybu přenosu (kolísání rychlosti) – obojí přímo ovlivňuje kvalitu tisku. Specifikace o jednu třídu těsnější, než je nutné, zvyšuje cenu šnekového převodu o 30 až 50 procent; specifikace o jednu třídu volnější, než je nutné, způsobuje viditelné vady tisku.
Otázka: Jak často by se měly vyměňovat páry šnekových ozubených kol tiskařského stroje?
Oscilační šneky se opotřebovávají v místě kontaktu závitu s drážkou válce. Interval výměny závisí na rychlosti tiskového stroje a provozních hodinách: u novinových strojů s více než 3 000 hodinami ročně může být nutná výměna oscilačního závitu každé 2 až 3 roky. Komerční ofsetový tisk s 1 500 až 2 500 hodinami ročně: každé 3 až 5 let. Indikátorem opotřebení je spíše zhoršení kvality tisku (opětovný výskyt pruhů v plných oblastech) než pevný počet hodin – když se objeví pruhy, které při poslední instalaci oscilačního šneku nebyly přítomny, vyměňte závit. Páry redukčních ozubených kol posuvu vydrží déle (5 až 10 let), protože zatížení je nízké a provoz je nepřetržitý (menší únava při rozjezdu a zastavení než v průmyslových aplikacích).
Otázka: Používají digitální tiskařské stroje šnekové převody?
Digitální tiskové stroje (inkoustové, elektrofotografické) nepoužívají oscilační šneky pro přenos barvy, protože nemají konvenční vodicí lišty – obraz se vytváří digitálně bez systému válců pro přenos barvy, který analogové tiskové stroje vyžadují. Digitální tiskové stroje však stále používají šnekové převody pro pohony transportu papíru, podávání archů a vykládání – funkce snižování rychlosti a samosvorné funkce jsou stejné jako u ofsetových a flexografických tiskových strojů. Trh s šnekovými převody tiskových strojů se proto s přechodem odvětví přesouvá od převážně oscilačních (analogové tiskové stroje) k pouze podávacím (digitální tiskové stroje) – celková poptávka po komponentách však zůstává stabilní, protože každý tiskový stroj, ať už analogový nebo digitální, potřebuje pohony pro transport papíru.
Tiskové stroje využívají geometrii šnekového převodu způsobem, který žádné jiné odvětví nenapodobuje: mechanismus oscilace tiskového válce převádí rotaci závitu šneku na současný axiální posuv distribučního válce, čímž rovnoměrně rozprostírá barvu po šířce tisku, aby se zabránilo tvorbě pruhů. Tento mechanismus vyžaduje přesnost stohu tiskové kvality (pod 10 µm kumulativní) a povrchovou úpravu (Ra 0,2 až 0,4 µm), kterou standardní průmyslové šneky neposkytují. Šnekový převod s redukčním mechanismem slouží jako konvenční reduktor rychlosti, ale při specifikacích přesné rychlosti (DIN 5 až 7, vibrace sítě pod 0,05 mm/s RMS) přímo určují přesnost vícebarevného soutisku a rovnoměrnost tiskového filmu. Povrchová úprava je nejdůležitějším parametrem specifikace – rozdíl mezi frézováním (Ra 1,6 µm) a lapováním (Ra 0,2 µm) vede k 10násobnému snížení vibrací sítě a rozdílu mezi „viditelným tvorbou pruhů“ a „prémiovou kvalitou tisku“.
Pro výrobce tiskových strojů a týmy údržby tiskových strojů poskytuje naše technické oddělení oscilační závity a redukční ozubená kola tiskové kvality s přesností DIN 5 až 8. Standardní katalog přesné šnekové převodovky uveďte oscilační závity s ověřenými certifikáty přesnosti stoupání a páry posuvů s dokumentací třídy přesnosti DIN. Odešlete specifikace tiskové jednotky s typem tiskového stroje, rozsahem rychlostí, stupněm kvality tisku a počtem barevných stanic.
Specifikace párů šnekových převodů pro tiskařský stroj?
Typ tiskového stroje (ofsetový, flexotiskový, hlubotiskový), počet barevných stanic, rychlost tisku, tolerance soutisku a zda potřebujete oscilační závity, podávací páry nebo obojí. Doporučíme vám třídu přesnosti DIN, povrchovou úpravu a specifikaci přesnosti stohu.
Střihač: Cxm
