單紙膠印機(jī)輸墨系統(tǒng)性能分析

單紙膠印機(jī)輸墨系統(tǒng)性能分析

墨水系統(tǒng)是現(xiàn)代膠印機(jī)的重要組成部分，其性能直接影響到印刷質(zhì)量的優(yōu)缺點(diǎn)。為了評(píng)價(jià)其性能,設(shè)計(jì)人員和研究工作者給出了著墨系數(shù)、勻墨系數(shù)、貯墨系數(shù)、打墨線數(shù)、著墨率等五大靜態(tài)指標(biāo),以及油墨傳遞過程中響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間等動(dòng)態(tài)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。盡管已有許多研究人員對(duì)各種印刷機(jī)的輸墨系統(tǒng)進(jìn)行了靜、動(dòng)態(tài)分析,但動(dòng)態(tài)分析的仿真計(jì)算相對(duì)復(fù)雜,而在靜態(tài)指標(biāo)分析中考慮印刷滾筒缺口對(duì)著墨率影響的并不多見。筆者以常用的靜態(tài)性能評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)各典型輸墨系統(tǒng)逐一進(jìn)行分析。在計(jì)算著墨率時(shí),充分考慮到印版滾筒和橡皮滾筒缺口的影響,并給出了計(jì)算示例。通過各輸墨系統(tǒng)性能指標(biāo)的列表分析,得出了膠印機(jī)輸墨系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一定規(guī)律。同時(shí)將我國(guó)自主研發(fā)的EP106型印刷機(jī)與國(guó)際先進(jìn)機(jī)型的相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比,得出我國(guó)膠印機(jī)輸墨系統(tǒng)設(shè)計(jì)在各靜態(tài)指標(biāo)上均已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的初步結(jié)論。1主要性能評(píng)價(jià)指標(biāo)1.1著墨輥面積著墨系數(shù)反映了著墨輥給印版?zhèn)鬟f油墨的均勻程度,常用著墨部分的墨輥面積之和與印版面積之比表示,其值一般應(yīng)大于1。著墨系數(shù)越大,著墨均勻的程度就越好。式中:L為著墨輥長(zhǎng)度;∑di為著墨輥直徑之和;Fp為印版面積。1.2勻墨的能力的計(jì)算勻墨系數(shù)反映了勻墨部分把供墨系統(tǒng)所傳遞來(lái)的油墨迅速打勻的能力,常用勻墨部分的墨輥面積之和與印版面積之比表示。一般情況下,勻墨系數(shù)越大越好。式中:∑ds為所有硬輥直徑之和;∑dc為所有軟輥直徑之和。1.3墨輥面積之和與印版面積之比貯墨系數(shù)反映了輸墨系統(tǒng)積貯油墨自動(dòng)調(diào)節(jié)墨量性能的好壞,常用勻墨部分和著墨部分墨輥面積之和與印版面積之比表示。貯墨系數(shù)和著墨系數(shù)、勻墨系數(shù)的關(guān)系為:貯墨系數(shù)越大,自動(dòng)調(diào)節(jié)墨量的性能也就越好,同一批印品的墨色深淺越容易保持一致。貯墨系數(shù)過大,會(huì)造成墨量變化的反應(yīng)慢,即響應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)。1.4打印機(jī)數(shù)量n打墨線數(shù)反映在勻墨部分進(jìn)行油墨傳遞的過程中,油墨層被分割的次數(shù),用墨輥接觸線次數(shù)表示。打墨線數(shù)越大,油墨越易被打勻。1.5著墨輥著墨量對(duì)印版均勻程度的影響著墨率(或稱油墨供給率)反映了每根著墨輥的著墨量大小,直接影響印版上墨層的均勻程度。著墨率按照每根著墨輥供給印版的墨量占印版上的總墨量的百分比計(jì)算。2典型的輸墨系統(tǒng)各個(gè)生產(chǎn)廠家不同機(jī)型的墨輥排列各不相同,因此其輸墨系統(tǒng)的特性也各不相同。文中列舉了德國(guó)海德堡公司的CD102和XL105、高寶公司的RAPI-DA105和RAPIDA106、羅蘭公司的R700,日本小森公司的LITHRONES40、三菱公司的DIAMOND3000、秋山公司的Bestech40和上海光華公司最新推出的EP106,共9種典型機(jī)型的輸墨系統(tǒng)(見圖1)。這些機(jī)型均是各公司的代表機(jī)型,其中XL105,RAPI-DA106和EP106均是近兩年推出的代表各公司最高技術(shù)水平的先進(jìn)機(jī)型。3印版滾刀上墨層厚度的組成輸墨系統(tǒng)的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)著墨率U,通常是建立多元一次方程組進(jìn)行計(jì)算求得的。油墨在傳遞過程中遵循容量不變?cè)瓌t,簡(jiǎn)單地說(shuō)就是各接觸點(diǎn)的入口和出口處的油墨總量(墨層總厚度)相等,見圖2。其中,a,b分別表示入口處兩輥墨層厚度,c,d分別表示出口處兩輥墨層厚度,則有a+b=c+d。為了簡(jiǎn)化計(jì)算,假設(shè)油墨轉(zhuǎn)移率f為0.5,即c=d,因此,油墨轉(zhuǎn)移可用c=d=0.5(a+b)來(lái)表達(dá)。著墨輥與印版滾筒在滾筒有效面上接觸對(duì)滾時(shí),也可按油墨轉(zhuǎn)移率f=0.5計(jì)算,而當(dāng)著墨輥處于印版滾筒缺口處時(shí),由于不存在接觸對(duì)滾的條件,著墨輥上的油墨并沒有轉(zhuǎn)移到印版上,著墨輥仍然保持原來(lái)的墨層厚度。假設(shè)圖3所示的印版滾筒有效面積與圓周面積之比為x,最終傳遞到紙張上的墨層厚度為h0,印版滾筒轉(zhuǎn)一圈為一個(gè)印刷周期,那么,與著墨輥A對(duì)滾之前印版滾筒有效面上的墨層厚度為2h0,在一個(gè)印刷周期內(nèi)的平均墨層厚度應(yīng)為2xh0;與著墨輥A對(duì)滾之后印版滾筒有效面上的墨層厚度為3h0,在一個(gè)印刷周期內(nèi)的平均墨層厚度應(yīng)為3xh0。著墨輥A的平均墨層厚度ha由2部分組成:其一,是相對(duì)于印版滾筒有效面積部分的墨層厚度3h0,其所占比例為x;其二,是相對(duì)于印版滾筒非有效面積部分的墨層厚度h1,其所占比例為(1-x)。由此著墨輥A的平均墨層厚度可用公式(4)表示為:式中:x為印版滾筒有效面積與圓周面積之比;h0為紙張上的墨層厚度;h1為A輥與印版滾筒接觸點(diǎn)入口處的平均墨層厚度。以海德堡CD102輸墨系統(tǒng)為例,計(jì)算著墨輥A,B,C,D的著墨率。對(duì)該輸墨系統(tǒng)而言,墨斗中的油墨由墨斗輥帶出,經(jīng)過傳墨輥、串墨輥傳送到墨輥Ⅰ,Ⅱ。墨輥Ⅱ?qū)⒂湍殖蓛陕?分別經(jīng)過一系列墨輥傳遞到著墨輥A,B,C,D后,最終將油墨傳遞到印版滾筒上。以Xi(i=1,2,3,…,26)分別表示各接觸點(diǎn)入口處和出口處的墨層平均厚度,見圖4。設(shè)紙張上的墨層厚度h0=1,印版滾筒有效面積與圓周面積之比為x=0.755,則經(jīng)著墨輥上墨后,印版滾筒上墨層平均厚度為3xh0=2.265。印版滾筒與橡皮滾筒對(duì)滾傳墨后墨層平均厚度為2xh0=1.51。根據(jù)油墨在各墨輥間傳遞的情況分別建立各接觸點(diǎn)處的平均墨量厚度方程為:著墨輥與印版滾筒接觸點(diǎn)處的平均墨層厚度方程為:共組成了一個(gè)26元一次方程組。用行列式方式通過計(jì)算機(jī)編程求解,可得各接觸點(diǎn)處墨層平均厚度分別為:根據(jù)著墨率的定義,分別計(jì)算A,B,C,D輥的著墨率。4擴(kuò)大著墨輥范圍,采用著墨率分配機(jī)通過計(jì)算,對(duì)文中所列9種典型輸墨系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)匯總見表1。由表1可以看出,這些主要性能指標(biāo)中,勻墨系數(shù)普遍在4以上,其中秋山Bestech40最高為6.62,高寶RAPIDA105最低為2.96;著墨系數(shù)普遍在1.3以上,其中秋山Bestech40最高為1.58,羅蘭R700最低為1.29;貯墨系數(shù)普遍在5.0以上,秋山Bestech40最高為8.2,高寶RAPIDA105最低為4.28;打墨線數(shù)普遍在10以上,Bestech40最高為27,高寶RAPIDA105最低為11。與國(guó)際公認(rèn)的代表世界先進(jìn)水平的XL105和RAPIDA106膠印機(jī)相比,EP106的著墨系數(shù)為1.49,介于后兩者的1.47和1.56之間;勻墨系數(shù)為4.75,優(yōu)于后兩者的4.52和4.16;貯墨系數(shù)為6.23,優(yōu)于后兩者的5.99和5.72;打墨線數(shù)為19,優(yōu)于后兩者的16和15。單張紙膠印機(jī)的著墨輥數(shù)量一般為4根,著墨輥A,B,C,D的著墨率雖然各有不同,但基本具備如下特征:C輥和D輥著墨率之和一般在75%以上,平均為85%左右,起到將油墨傳遞到印版上的主要作用;B輥著墨率一般小于25%,平均在10%左右,除了傳遞一定的油墨到印版上,起到補(bǔ)充上墨的作用以外,更多的是將C,D輥傳遞到版面上的油墨打勻;A輥一般小于8%,平均在4%左右,其上墨作用進(jìn)一步減弱,主要功能是將油墨進(jìn)一步打勻。海德堡最新機(jī)型XL105的著墨率分配情況與高寶RAPIDA105比較接近,其D輥的著墨率約為91%左右,而高寶最新機(jī)型RAPIDA106卻改變了RAPI-DA105單根著墨輥接近94%的分配情況,采用了C,D兩輥的著墨率之和為85%左右的著墨率分配。這充分體現(xiàn)了各公司在不同階段對(duì)著墨率分配情況的各自理解和不斷探索。對(duì)此,筆者的理解是僅靠一根著墨輥提供超過90%以上的著墨率,并不能夠很好地滿足包裝印刷,特別是大墨量滿版實(shí)地印刷的需要,還需要充分利用另外3根著墨輥的C,B和A的上墨作用。因此,EP106給出了自己的解決方案:C,D兩輥著墨率之和為86%左右,起主要上墨作用;B輥補(bǔ)充提供10%左右的墨量,同時(shí)起到將油墨打勻的作用;A輥進(jìn)一步補(bǔ)充提供4%左右的墨量,并進(jìn)一步將版面上的墨層打勻;經(jīng)過多次上墨,并逐步打勻,確保足量、均勻的油墨經(jīng)橡皮滾筒轉(zhuǎn)移到印品上,滿足大多數(shù)印刷需要。綜上所述,EP106輸墨系統(tǒng)的各主要評(píng)價(jià)指標(biāo)均與國(guó)際先進(jìn)水平相當(dāng),并且在某些指標(biāo)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。另外需要指出的是,秋山Bestech40僅有3根著墨輥,采用了獨(dú)特的大直徑著墨輥,其中最大直徑的著墨輥的直徑為184mm,其展開面積占最大印刷有效面積的81%以上。對(duì)消除鬼影、減少墨輥杠、提高墨色均勻性等均有一定好處。其不足之處是對(duì)輥的耐磨性能要求較高,因此制造成本也較高。5主要性能指標(biāo)的分析在分析市場(chǎng)上有一定代表性和影響力的9種典型輸墨系統(tǒng)基礎(chǔ)上,通過對(duì)5個(gè)主要性能指標(biāo)的分析,結(jié)合CD102機(jī)型輸墨系統(tǒng)的計(jì)算實(shí)例,給出了詳細(xì)的著墨率計(jì)算方法。通過對(duì)9種典型輸墨系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)列表分析,得到了主要性能指標(biāo)的一定規(guī)律,對(duì)掌握單張紙膠印機(jī)輸墨系統(tǒng)的最新動(dòng)態(tài)有一定參考價(jià)值。通過對(duì)比分析,可以看出我國(guó)自主研發(fā)的EP106型輸墨系統(tǒng)在各