Korea Ever-Power · Sprievodca aplikačným inžinierstvom
Šnekovka a závitovkové koleso pre tlačiarenské stroje a pohony podávania papiera
V ofsetovom tlačiarenskom stroji robí jeden pár závitovkových ozubených kolies niečo, čo žiadny iný typ ozubeného kolesa nedokáže napodobniť: premieňa rotačný pohyb na súčasné otáčanie a axiálny posuv valca na rozdeľovanie farby – pri každej otáčke rovnomerne roztiera 2-mikrónový film farby na 1 000 mm šírky valca. Tento oscilačný mechanizmus je skrytou geometriou za každým ostrým vytlačeným obrázkom.
Tlačiarenské stroje používajú páry závitovkových prevodov v dvoch odlišných úlohách, ktoré žiadna iná aplikácia nekombinuje. Po prvé, mechanizmus oscilácie valčeka s atramentom: závitovkový závit zaberá do špirálovej drážky na valčeku s rozdeľovaním atramentu, čím premieňa rotáciu na axiálny posuv valčeka – atrament rovnomerne rozdeľuje po šírke tlače, aby sa zabránilo tvorbe pásov. Po druhé, pohon podávania papiera alebo pásu: páry závitovkových prevodov poháňajú valčeky na prepravu papiera presne kontrolovanou rýchlosťou pre presnosť viacfarebnej registrácie s toleranciou plus alebo mínus 0,05 mm. Diagram mechanizmu oscilácie atramentu znázorňuje, ako geometria závitovkového závitu určuje zdvih a rýchlosť posuvu. Vibrácie zo záberu závitovkového prevodu sa prenášajú cez atramentový vlak na tlačený povrch, čím sa povrchová úprava (Ra 0,2 až 0,4 µm) a presnosť zubov (DIN 5 až 7) stávajú kritickými pre kvalitu tlače. Páry závitovkových prevodov tlačiarenských strojov pracujú pri vyšších rýchlostiach (vstupný prúd 1 500 až 3 000 ot./min.) a menších zaťaženiach (5 až 20 N·m) ako väčšina priemyselných aplikácií so závitovkovými prevodmi, čo ich zaraďuje do režimu presnej rýchlosti, a nie do režimu krútiaceho momentu a kapacity.
Dve odlišné úlohy závitovkového prevodu v tlačiarenských strojoch
Na rozdiel od všetkých ostatných aplikácií v tejto sérii (A01 až A17), kde závitovkový prevod slúži výlučne ako redukcia rýchlosti, tlačiarenské stroje používajú geometriu závitovkového prevodu dvoma zásadne odlišnými spôsobmi – a pochopenie oboch je nevyhnutné pre správnu špecifikáciu.
Hnací závit zaberá do špirálovej drážky na valčeku na rozdeľovanie farby. Keď sa niť otáča (poháňaná ozubeným prevodom tlačového valca), valec s farbou sa súčasne otáča a axiálne posúva o 3 až 8 mm na otáčku. Táto axiálna oscilácia rovnomerne rozprestiera film farby po celej šírke valca, čím sa zabraňuje vzniku pásiem nedostatku farby. Závitovka tu funguje ako vačka s lineárnym pohybom, nie ako redukčný mechanizmus. „Pár ozubených kolies“ je závitovka a drážka valčeka – nie samostatné závitovkové koleso.
Dvojica závitovky a závitovkového kolesa znižuje rýchlosť motora na rýchlosť valčeka na prepravu papiera – čo je konvenčná funkcia redukcie rýchlosti. Dvojica závitovkových ozubených kolies podávacieho valca musí poskytovať extrémne konzistentnú výstupnú rýchlosť, pretože viacfarebná tlač registruje štyri samostatné farebné odtlačky na tom istom hárku s toleranciou plus alebo mínus 0,05 mm. Zmena rýchlosti podávacieho valca o 0,1 percenta spôsobuje kumulatívnu chybu registrácie, ktorá sa prejaví ako farebné lemovanie po 3 až 5 dĺžkach tlače.
Mechanizmus oscilácie atramentového valca – ako geometria závitu závitovky rozdeľuje atrament
Mechanizmus oscilácie atramentu je jedinečný pre tlačiarenské stroje – žiadne iné odvetvie nepoužíva geometriu závitovkového prevodu týmto spôsobom. Závit závitovky funguje ako špirálová vačka, ktorá zaberá do zodpovedajúcej špirálovej drážky vyfrézovanej do čapu valca na rozdeľovanie atramentu. Keď sa závitovka otáča, závit tlačí valec axiálne, zatiaľ čo valec sa súčasne otáča z trecieho kontaktu so susednými valcami na rozdeľovanie atramentu v rade atramentu.
Diagram nižšie znázorňuje mechanizmus v priečnom reze a axiálnom pohľade.
Posuvný zdvih S = 3 až 8 mm ├─────────────────────────────────────────┤ ═══════════════════════╗ ╔═════════════════════ ČASOPIS ATRAMENTOVÉHO VALCA ╚═══════════════════╝ TELO ATRAMENTOVÉHO VALCA (špirálová drážka) ↕ zapojiť (nesie atramentový film) │ [ČERVOVÝ ZÁVIT] │ Os otáčania závitovky (kolmo na valec) Červ sa otáča ──→ závit tlačí valček axiálne ──→ valček osciluje zľava doprava o zdvih S na otáčku Zdvih: S = stúpanie závitovky × (uhol záberu drážky / 360°) Typické: stoupanie 6 mm × uhol záberu 180° = Zdvih 3 mm na pol otáčky Celý oscilačný cyklus: celkový posuv 6 mm (3 mm vľavo + 3 mm vpravo)
Prečo je oscilácia dôležitá pre kvalitu tlače. Bez axiálneho kmitania prenáša valec na rozdeľovanie atramentu atrament iba na pevnej kontaktnej čiare s každým susedným valcom. Spotreba atramentu sa mení v rámci šírky tlačeného obrazu (fotografia s tmavými oblasťami vľavo spotrebuje viac atramentu na ľavej strane) a bez kmitania sa atramentový film stáva nerovnomerným po 50 až 100 odtlačkoch, čím sa vytvárajú viditeľné svetlé a tmavé pásy v plných farebných oblastiach. Kmitanie prerozdeľuje atrament bočne, čím sa hrúbka filmu spriemeruje po celej šírke valca. Zdvih kmitania (3 až 8 mm) a frekvencia kmitania (raz za 1 až 3 otáčky) sú nastavené stúpaním závitu závitovky a geometriou záberu – sú zabudované do konštrukcie závitovky a po výrobe ich nemožno upraviť.
Požiadavka na presnosť závitu. Závit závitovky, ktorý poháňa kmitanie farebného valca, musí byť vyrobený s užšími toleranciami ako štandardná závitovka s redukciou rýchlosti. Chyba stúpania v oscilačnej závitovke spôsobuje nerovnomernú rýchlosť posuvu – valec sa pohybuje rýchlejšie v jednom smere ako v druhom, čo vytvára asymetrické rozloženie farby. Kumulatívna chyba stúpania by mala byť menšia ako 10 µm po celej dĺžke závitu (zvyčajne 20 až 40 mm). To si vyžaduje brúsenie (Ra 0,2 až 0,4 µm) závitu oscilačnej závitovky – odvaľovacie závity s Ra 1,6 µm nespĺňajú požiadavku na presnosť stúpania pre kvalitnú tlač.
Citlivosť na vibrácie – ako budenie záberu závitovkového prevodu ovplyvňuje kvalitu tlače
Tlačiarenské stroje sú stroje citlivé na vibrácie. Prenos farby z tlačiarenskej platne na poťahovú plochu a papier prebieha pri kontaktnom tlaku 0,1 až 0,3 MPa v šírke medzery 3 až 8 mm – akákoľvek vibrácia, ktorá moduluje tento kontaktný tlak, vytvára zodpovedajúcu moduláciu hrúbky farby na papieri. Výsledok je viditeľný ako „ghosting“ (slabé opakujúce sa tiene obrazu), „banding“ (periodické svetlé a tmavé pruhy) alebo „slur“ (rozmazanie obrazu v smere tlače).
Ozubené koleso – oscilačná zložka aj redukčný pár posuvu – prispieva k vibráciám na svojej sieťovej frekvencii. Pre konfiguráciu s jedným chodom pri vstupných otáčkach 1 500 ot./min. je sieťová frekvencia 1 500 / 60 = 25 Hz. Pre konfiguráciu s dvoma chodmi pri rovnakej rýchlosti je sieťová frekvencia 50 Hz. Tieto frekvencie spadajú do rozsahu 10 až 100 Hz, kde rám tlačiarenského stroja a farebníková sústava vykazujú štrukturálne rezonancie – čo znamená, že aj malé budenie na sieťovej frekvencii sa môže zosilniť a viesť k významným vibráciám na tlačenom povrchu.
Tabuľka ukazuje, že rozdiel v povrchovej úprave medzi odvaľovacou a lapovanou tlačou spôsobuje 10-násobné zníženie amplitúdy vibrácií siete – čo sa v kvalite tlače premieta z „viditeľného pruhovania“ na „žiadnu viditeľnú chybu“. Pre komerčnú ofsetovú a flexografickú tlač je štandardom brúsený povrch (Ra 0,4 µm). Pre prémiové obaly, umelecké reprodukcie a bezpečnostnú tlač (bankovky, známky) sa špecifikuje lapovaný povrch (Ra 0,2 µm).
Kórejská flexografická tlačiareň obalov hlásila periodické pásovanie na novom 6-farebnom tlačiacom stroji, ktorý tlačil na vlnitý kartón rýchlosťou 180 metrov za minútu. Pásovanie sa prejavovalo ako svetlé/tmavé pruhy v 25 mm intervaloch vo veľkých plnofarebných plochách – interval zodpovedal obvodu oscilačného závitovky farby (jednorazová tlač, Ø8 mm, stúpanie 8 mm). Vyšetrovanie potvrdilo, že oscilačná časť bola odvaľovaná (Ra 1,4 µm). Chyba stúpania bola 22 µm na dĺžke záberu 30 mm – čo spôsobovalo nerovnomernú rýchlosť oscilácie a asymetrické rozloženie farby. Výrobca tlačového stroja špecifikoval brúsené závitovky v pôvodnom zozname dielov, ale náhradná oscilačná závitovka dodaná pri poslednej údržbe bola distribútorom dielov nahradená odvaľovanou závitovkou (vizuálne identická, o 60 percent lacnejšia). Výmena za brúsenú súčasť (Ra 0,3 µm, chyba stúpania 6 µm) eliminovala pásovanie v priebehu prvých 100 výtlačkov po inštalácii. Cena brúsenej časti: 28 USD. Cena odvaľovanej náhrady: 11 USD. Náklady na tlačový odpad súvisiaci s páskovaním počas 3 týždňov od inštalácie odvaľovanej súčiastky: približne 4 800 USD v odmietnutých kartónoch. Ponaučenie: komponenty oscilácie tlačiarenského stroja nie sú zameniteľné so štandardnými priemyselnými dielmi – požiadavky na presnosť vedenia a povrchovú úpravu sú špecifické pre tlačiarenskú funkciu a musia sa overovať pri každej výmene, nie na základe rozmerovej kompatibility.
Špecifikácie párov závitovkových prevodov pre tri tlačiarenské stroje
Prípad 1 – Kórejská flexotlačová tlačiareň na obaly: 6-farebná, oscilácia atramentu + pohon podávania
Kórejská tlačiareň obalov špecifikovala komponenty závitovkového prevodu pre 6-farebný flexografický stroj, ktorý tlačil vlnité a flexibilné obaly rýchlosťou 120 až 200 m/min. Každá farebná stanica mala jeden oscilačný závit farby a jeden pár redukčných ozubených kolies na posuv. Oscilačný závit: jednochodý, Ø10 mm, stúpanie 6 mm, brúsený Ra 0,3 µm, kalená oceľ (HRC 58). Chyba stúpania: pod 8 µm pri zábere 35 mm. Posuvný zdvih: 3 mm na pol otáčky. Šesť oscilačných závitov na lis: 6 × 22 USD = 132 USD. Závitovkový prevodový pár redukčných ozubených kolies na posuv: jednochodý, modul 1,5, osová vzdialenosť 30 mm, prevodový pomer 20:1, brúsený Ra 0,4 µm, trieda presnosti DIN 6. Výstupný krútiaci moment: 8 N·m (ľahký – iba napätie papierového pásu). Šesť podávacích párov na lis: 6 × 85 USD = 510 USD. Celkové náklady na komponenty prevodu na lis: 642 USD. Tlačiareň vytlačila približne 2,4 milióna lineárnych metrov vlnitých obalov ročne za 0,08 USD za lineárny meter, čo predstavuje ročnú tlačiarenskú produkciu vo výške 192 000 USD, pričom 642 USD boli vynaložené na komponenty závitovkových prevodov.
Prípad 2 – Japonská ofsetová komerčná tlačiareň: 4-farebná, registrácia ±0,05 mm, lapovaná
Japonská komerčná tlačiareň špecifikovala páry závitovkových ozubených kolies pre pohon podávania hárkov štvorfarebného ofsetového tlačiarenského stroja, ktorý tlačí vysokokvalitné brožúry, katalógy a umelecké tlače. Požiadavka na registráciu: plus alebo mínus 0,05 mm medzi štyrmi farebnými separáciami (CMYK). Veľkosť hárku: B1 (720 × 1 020 mm). Rýchlosť tlače: 12 000 hárkov za hodinu. Pár závitovkových ozubených kolies pohonu podávania musí zabezpečovať konzistentnosť rýchlosti v rozmedzí plus alebo mínus 0,05 percenta, aby sa dosiahol cieľ registrácie pri dĺžke tlače 1 020 mm – zmena rýchlosti o 0,05 percenta pri 1 020 mm spôsobuje kumulatívnu chybu polohy 0,5 mm na zadnej hrane hárku. Pri tolerancii plus alebo mínus 0,05 mm je povolená zmena rýchlosti plus alebo mínus 0,005 percenta. Pár podávacích ozubených kolies: jednochodý, modul 2, vzdialenosť stredov 40 mm, pomer 15:1, lapované Ra 0,2 µm, trieda presnosti DIN 5. Vôľa: pod 3 arcmin (obojstranná tlač). Lapovaný povrch a presnosť podľa DIN 5 zabezpečujú vibrácie siete pod 0,01 mm/s RMS – čo vedie k odchýlke farebného filmu pod plus alebo mínus 2 percentá. Cena za pár závitovkových ozubených kolies: 280 USD (lapovaný + duplex + DIN 5 premium). Prehliadať presný závitovkový prevodový pohon možnosti pre aplikácie tlačiarenských strojov vyžadujúce presnosť DIN 5 až 7 a lapovaný povrch.
Prípad 3 – Vietnamská tlač novín: kotúčová, vysokorýchlostná, cenovo orientovaná
Vietnamský vydavateľ novín špecifikoval páry závitovkových ozubených kolies pre pohony podávania a skladania kotúčového stroja 4-jednotkového kotúčového ofsetového stroja s výkonom 45 000 kópií za hodinu. Tlač novín má v porovnaní s komerčným ofsetom zníženú toleranciu kvality – registrácia plus alebo mínus 0,3 mm je prijateľná, viditeľné pruhovanie v plných oblastiach je pri novinovom papieri tolerovateľné a hlavným kritériom špecifikácie je spoľahlivosť pri vysokej rýchlosti pri dlhých sériách tlače (viac ako 100 000 výtlačkov na sériu). Pár závitovkových ozubených kolies pre podávanie kotúčového stroja: 2-chodový (vyššia účinnosť pri vysokej rýchlosti, samosvorné uzamknutie nie je potrebné pri podávaní kotúčového stroja), modul 2, stredová vzdialenosť 40 mm, pomer 10:1, brúsený Ra 0,6 µm, trieda presnosti DIN 7. Vstupná rýchlosť: 2 800 ot./min. 2-chodová špecifikácia zvýšila účinnosť zo 48 na 70 percent – znížila zahrievanie motora a predĺžila životnosť ložísk pri trvalo vysokej vstupnej rýchlosti. Cena za pár: 65 USD. Vlákna pre osciláciu farby: štandardne brúsené Ra 0,4 µm, stúpanie 8 mm. Cena za oscilačný závitovkový stroj: 15 USD. Celkové náklady na prevodové komponenty pre 4-jednotkový tlačiarenský stroj: približne 520 USD. Tlačiareň vyprodukovala približne 16 miliónov kópií novín ročne – náklady na prevodové zariadenie predstavovali menej ako 0,004 percenta ročnej hodnoty tlačenej produkcie.
Často kladené otázky
Otázka: Môže sa štandardný priemyselný závitovka použiť ako oscilačný závitovka tlačiarenského stroja?
Iba ak presnosť vedenia a povrchová úprava spĺňajú požiadavky na tlač. Štandardný priemyselný diel s Ra 1,6 µm a chybou vedenia nad 15 µm bude vytvárať viditeľné pásy farby v plnofarebných oblastiach – aj keď je rozmerové prispôsobenie (priemer, vedenia, tvar závitu) správne. Funkcia oscilácie závisí od presnosti vedenia (kumulatívne pod 10 µm) a hladkosti povrchu (Ra pod 0,4 µm), čo štandardné priemyselné závitovky nezaručujú. Vždy si overte chybu vedenia a špecifikáciu povrchovej úpravy s dodávateľom závitovky – alebo výslovne špecifikujte „oscilačný závit tlačiarenskej kvality“, aby ste sa uistili, že sa použije správna výrobná tolerancia.
Otázka: Ako ovplyvňuje oscilačný zdvih kvalitu rozloženia atramentu?
Dlhší zdvih (6 až 8 mm) zabezpečuje lepšie roztieranie farby po šírke valca, ale zvyšuje axiálnu silu na ložiská valčekov a závit závitovky. Kratší zdvih (3 až 4 mm) znižuje zaťaženie ložiska, ale vyžaduje viac oscilačných cyklov (viac otáčok závitovky) na dosiahnutie ekvivalentného roztierania farby. Optimálny zdvih závisí od viskozity farby a vzoru pokrytia tlače: vysoko viskózne UV farby potrebujú dlhší zdvih; nízko viskózne flexo farby na vodnej báze sa ľahšie roztierajú s kratším zdvihom. Výrobcovia tlačiarenských strojov nastavujú zdvih v čase návrhu výberom vedenia závitovky a geometrie záberu – obsluha ju nemôže upravovať v teréne.
Otázka: Akú triedu presnosti DIN by mali špecifikovať páry závitovkových ozubených kolies tlačiarenských strojov?
Triedy presnosti podľa DIN 3974 pre závitovkové kolesá sa pohybujú od 1 (najvyššia presnosť) do 12 (najnižšia). Komerčná tlač (brožúry, obaly): DIN 6 až 7 – dosiahnuteľné so brúseným závitovkou pri Ra 0,4 µm. Prémiová tlač (reprodukcia umenia, bezpečnostná tlač): DIN 5 – vyžaduje lapovanú závitovku pri Ra 0,2 µm a individuálne overenú geometriu zubov. Noviny a vlnitý papier: DIN 7 až 8 – dosiahnuteľné so brúseným alebo odvaľovane frézovaným závitovkou. Trieda DIN určuje budenie záberu (vibrácie) aj chybu prenosu (kolísanie rýchlosti) – obe priamo ovplyvňujú kvalitu tlače. Zadanie o jednu triedu tuhšieho utiahnutia, ako je potrebné, pridáva 30 až 50 percent k nákladom na pár závitovkových kolies; zadanie o jednu triedu voľnejšieho utiahnutia, ako je potrebné, spôsobuje viditeľné chyby tlače.
Otázka: Ako často by sa mali vymieňať páry závitovkových ozubených kolies tlačiarenského stroja?
Oscilačné závitovky sa opotrebúvajú v mieste kontaktu závitu s drážkou valca. Interval výmeny závisí od rýchlosti lisu a prevádzkových hodín: novinové lisy s viac ako 3 000 hodinami ročne môžu vyžadovať výmenu oscilačnej nite každé 2 až 3 roky. Komerčný ofset s 1 500 až 2 500 hodinami ročne: každé 3 až 5 rokov. Indikátorom opotrebenia je skôr zhoršenie kvality tlače (opätovný výskyt pásov v plných oblastiach) než pevný počet hodín – keď sa objavia pásy, ktoré neboli prítomné pri poslednej inštalácii oscilačnej závitovky, vymeňte závit. Ozubené kolesá s redukciou posuvu vydržia dlhšie (5 až 10 rokov), pretože zaťaženie je nízke a prevádzka je nepretržitá (menšia únava pri štartovaní a zastavovaní ako v priemyselných aplikáciách).
Otázka: Používajú digitálne tlačiarenské stroje páry závitovkových prevodov?
Digitálne tlačiarne (atramentové, elektrofotografické) nepoužívajú závitovkové prevody s osciláciou atramentu, pretože nemajú konvenčné atramentové vlaky – obraz sa vytvára digitálne bez systému atramentových valcov, ktorý vyžadujú analógové tlačiarne. Digitálne tlačiarne však stále používajú závitovkové prevody na pohony posunu papiera, podávania hárkov a vykladača – funkcie znižovania rýchlosti a samosvorné funkcie sú rovnaké ako v ofsetových a flexografických tlačiarenských strojoch. Trh so závitovkovými prevodmi tlačiarenských strojov sa preto s prechodom odvetvia k prechodu z oscilačných (analógové tlačiarne) na pohony s iba podávaním (digitálne tlačiarne) – celkový dopyt po komponentoch však zostáva stabilný, pretože každá tlačiarenská tlačiareň, analógová alebo digitálna, potrebuje pohony posunu papiera.
Tlačiarenské stroje využívajú geometriu závitovkového prevodu spôsobom, ktorý žiadne iné odvetvie nenapodobňuje: mechanizmus oscilácie farebného valca premieňa rotáciu závitu závitovky na súčasný axiálny posuv rozdeľovacieho valca, čím rovnomerne rozprestiera atrament po šírke tlače, aby sa zabránilo tvorbe pásov. Tento mechanizmus vyžaduje presnosť vedenia tlačiarenskej triedy (kumulatívne pod 10 µm) a povrchovú úpravu (Ra 0,2 až 0,4 µm), ktorú štandardné priemyselné závitovky neposkytujú. Závitovkový prevodový pár na redukciu posuvu slúži ako konvenčný reduktor rýchlosti, ale pri špecifikáciách presnej rýchlosti (DIN 5 až 7, vibrácie siete pod 0,05 mm/s RMS), ktoré priamo určujú presnosť viacfarebnej registrácie a rovnomernosť farebného filmu. Povrchová úprava je najdôležitejším parametrom špecifikácie – rozdiel medzi odvaľkovaním (Ra 1,6 µm) a lapovaním (Ra 0,2 µm) spôsobuje 10-násobné zníženie vibrácií siete a rozdiel medzi „viditeľným tvorbou pásov“ a „prémiovou kvalitou tlače“.
Pre výrobcov tlačiarenských strojov a tímy údržby strojov poskytuje naše technické oddelenie oscilačné závity tlačiarenskej kvality a páry redukčných ozubených kolies s presnosťou DIN 5 až 8. Štandardný katalóg presné závitovkové prevody zahrňte oscilačné závity s overenými certifikátmi presnosti vedenia a páry podávania s dokumentáciou o triede presnosti DIN. Odošlite špecifikácia tlačovej jednotky s typom tlačového stroja, rozsahom rýchlostí, stupňom kvality tlače a počtom farebných staníc.
Špecifikácia párov závitovkových prevodov pre tlačiarenský stroj?
Uveďte typ tlačiarenského stroja (ofsetový, flexotlačový, hĺbkotlačový), počet farebných staníc, rýchlosť tlače, toleranciu registrácie a či potrebujete oscilačné nite, podávacie páry alebo oboje. Odporučíme vám triedu presnosti DIN, povrchovú úpravu a špecifikáciu presnosti stohu.
Redaktor: Cxm
