Теоретическое обоснование методов устранения диагональных морщин при фальцовке тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Галицкий, Дмитрий Владимирович

• Галицкий, Дмитрий Владимирович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Галицкий, Дмитрий Владимирович

Введение.

Глава 1. Технологические особенности процесса фальцовки.

1.1. Сущность явления деформации при фальцовке. Первый сгиб.

1.2. Деформация листа при взаимно-перпендикулярных сгибах.

1.3. Дефекты фальцовки. Образование диагональных морщин.

1.4. Существующие способы уменьшения образования диагональных морщин.

1.5. Поиск решения задачи устранения диагональных морщин в смежных отраслях.

Выводы по первой главе.

Глава 2. Контактная задача при фальцовке.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Расчет минимальной силы для создания необратимого сгиба.

2.3. Условия равновесия сил в зоне контакта.

2.4. Расчет величины деформаций и перемещений наружного листа.

2.5. Силы трения в зоне фальцевания.

2.6. Скорость волны сжатия в бумажном листе.

Выводы по второй главе.

Глава 3. Экспериментальные исследования.

3.1. Исследование деформационных и прочностных свойств бумаги.

3.2. Определение минимальной силы сжатия при первом и последующем сгибах для различных сортов бумаги.

3.3. Определение зависимостей между силой сжатия и величиной деформаций бумаги в диагональных морщинах.

3.4. Определение зависимостей между скоростью фальцовки и величиной деформации бумаги в диагональных морщинах.

Выводы по третьей главе.

Общие

§ыводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Теоретическое обоснование методов устранения диагональных морщин при фальцовке»

Актуальность исследования

В условиях бурно развивающейся полиграфической промышленности и острой конкуренции на рынке полиграфических услуг, становится очевидным, что качество продукции является главнейшим критерием, определяющим её конкурентоспособность.

Борьба за качество продукции происходит на всех операциях изготовления, начиная с допечатных процессов и заканчивая переплетно-броппоровочными и отделочными работами. Одной из таких стадий является фальцовка, которая оказывает большое влияние на качество издательской продукции, а также на характер и трудоемкость бронпоровочно-переплетных работ, в частности, на подборку, шитье и формирование корешка блока.

Качество продукции, в том числе книжно-журнальной, в большой степени определяется качеством исходных полуфабрикатов. К таковым можно отнести тетради, представляющие собой согнутые, сфальцованные листы бумаги. Одни и те же тетради могут быть получены при ручной и машинной фальцовке - на фальцмашинах (ФМ) или в фальцаппаратах (ФА) рулонных печатных машин.

Конструкция тетрадей отличается большим разнообразием. Тетради можно характеризовать: количеством и расположением сгибов, характером головочной части (закрытой и открытой), шлейфом и т.д. Наибольшее распространение при выпуске книжно-журнальной продукции получили, так называемые, журнальные тетради и книжные тетради-двойники, которые и являются предметом рассмотрения в настоящей работе.

Тетради имеют определенные дефекты: неправильная последовательность страниц, неплотная затяжка фальцев, неточность фальцовки (отклонение длины и угла фальцовки), смещение бумаги в области корешкового фальца, проблемы связанные с электростатикой и микроклиматом, истирание бумаги и отмарывание, образование морщин и складок. Из них с фальцеванием связаны: неплотная затяжка фальцев, истирание бумаги, отмарывание, образование морщин и складок, они же в основном влияют и на качество продукции. Одним из важнейших дефектов является морщение. Оно возникает при фальцевании, как на фальцмашинах, так и фальцаппаратах. Анализ литературы показал, что природа образования морщин практически не раскрыта. Только в отдельных публикациях речь идет о качественной картине образования морщин. Поэтому разработка теоретических основ возникновения морщин является актуальной задачей.

Цель диссертационной работы

Основной целью работы является разработка научных основ возникновения морщин и мер по борьбе с ними.

В соответствии с этим математическая модель процесса появления диагональных складок-морщин должна описывать:

1. Минимальную силу для создания необратимого сгиба.

2. Условия равновесия сил в зоне фальцовки при упругой и упруго-пластичной деформации.

3. Деформации и перемещения наружного и внутреннего листа в зоне фальцовки.

4. Силы трения в зоне фальцовки.

5. Волновые процессы в бумажном листе.

Научная новизна работы

Научная новизна работы заключается в следующем:

- теоретическое обоснование процесса образования дефектов бумаги в фальцевальных устройствах;

- методика расчета величины диагональных морщин в зависимости от давления и скорости работы устройства.

Практическая ценность

Разработанная в диссертации методика анализа образования диагональных морщин позволяет оценить степень эффективности функционирования того или иного типа фальцевальных устройств с точки зрения точности, а также определить параметры, в наибольшей степени, влияющие на величину диагональных морщин.

Методика может быть использована как при разработке новых образцов фальцевальных устройств, так и при выборе имеющихся в продаже систем.

Разработанные методы могут быть использованы на предприятиях для оценки качества сфальцованной продукции. Эти методы также могут быть положены в основу разработки снижающей вероятность появления диагональных морщин.

Апробация работы

Положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях Московского государственного университета печати (научно-техническая конференция МГУП, 2006 г., научно-техническая конференция молодых ученых МГУП, 2007 г.).

Диссертант является соавтором кафедрального отчета по госбюджетной научно-исследовательской теме. Результаты диссертации используются в учебном процессе и для курсового проектирования по дисциплине «Послепечатное оборудование».

Публикации

По тематике работы опубликованы 3 научные статьи и тезисы докладов на двух научно-технических конференциях.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка использованных источников и приложения. Она содержит 114 страниц, включая 7 таблиц и 34 рисунка.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Галицкий, Дмитрий Владимирович

Общие выводы по диссертации

В результате анализа теоретического материала и проделанной экспериментальной работы сделаны следующие выводы:

1. У тетради с закрытой головкой есть определенный недостаток - наличие так называемых диагональных морщин, когда на стыке головочного и корешкового фальцев появляются складки, морщины. Один из способов борьбы с диагональными морщинами - разрезка тетради по головочному сгибу. Другой способ - не полная, а только частичная разрезка (перфорирование) тетрадей по головочному сгибу с оставлением перемычек. Третий способ - увлажнение бумаги по линии сгиба. Обзор литературы показал, что в основном рассматривается качественная картина фальцобразования и отсутствует механика. Сопутствующий ей математический аппарат, по существу не рассматривался.

2. Вследствие перечисленных различий между металлами и бумагой, можно сделать вывод, что имеющийся в металлургии опыт исследования, проблемы образования морщин при изгибе, использовать в чистом виде нельзя. Однако можно использовать методику определения скоростей волн сжатия. Впервые создана математическая модель (1-е положение, выносимое на защиту) позволяющая:

3. Рассчитывать минимальную силу сжатия, необходимую для получения устойчивого сгиба при первом и последующих сгибах. (2-е положение, выносимое на защиту)

4. Рассчитывать величину удлинения верхнего листа и величину сжатия с выпучиванием внутреннего листа. (3-е положение, выносимое на защиту)

5. Рассчитывать скорость волны сжатия в бумаге и сравнивать ее со скоростью фальцовки. (4-е положение, выносимое на защиту)

6. Рассчитывать номинальное и максимальное давление, прилагаемое к сгибу.

7. Учитывать не только силу трения бумага-сталь, бумага-бумага, но и коэффициент трения качения стального валика по бумаге.

8. Получение и обработка данных по модулям упругости первого и второго рода, а так же коэффициентов Пуассона позволило определить пределы упругости нескольких сортов бумаги используемой в полиграфии. Эти величины очень важны для определения пороговых значений давления прикладываемого к фальцуемому материалу, и превышение которого, ведет к необратимым деформациям.

9. Теоретические расчеты позволили впервые вычислить минимальные величины давлений необходимых для создания устойчивого первого и последующих сгибов. Сравнение полученных результатов с данными, полученными из различных типографий, говорит о хорошей достоверности предсказанных результатов.

10. Полученные теоретически и подтвержденные практикой величины давлений при фальцовке позволили рассчитать величину деформаций как внешнего, так и внутреннего листа фальцуемой тетради. Удлинение бумаги происходит в узкой области - полосе непосредственно примыкающей к сгибу. С прохождением сгиба между вальцами величина удлинения накапливается, превращаясь во вздутие, и в итоге сминается, образуя диагональную складку-морщину. Частота появления морщин колеблется от 0,5 см до 2 см в зависимости от сорта бумаги, если сгиб не перфорирован. Если же сгиб перфорирован, то морщины сгоняются к перемычкам, и частота появления морщин будет зависеть от шага перфорации.

11. Возникновение внутренних морщин объясняется тем, что при втором и последующих сгибах, кроме продольно фальцуемого сгиба присутствует уже сфальцованный поперечный сгиб, который является глухой заделкой. Этот сгиб, начиная с головки, не позволяет внутренним листам выдавливаться из внешних, так как сила трения между листами вблизи поперечного сгиба очень велика. В виду того, что радиус сгиба очень мал, происходит смятие бумаги в морщину. Начинаясь в головке, внутренняя морщина растет по "диагонали" плавно переходя в складку параллельную сгибу. Величина угла диагональной морщины (< 45°), расстояние между линией сгиба (<2г) и параллельной ему складке и длина всего внутреннего смятия будет зависеть от модулей упругости и модуля сдвига внутреннего листа бумаги, т.е. фальцуется он вдоль волокон или поперёк. В зависимости от сорта бумаги и направления фальцовки внутренние морщины смятия могут быть от 1 см до 6 см. Ширина смятия составляет 0,2 ч-1мм.

12. Для качественной фальцовки без диагональных морщин, кроме уже использующихся методов, основываясь на результатах наших исследований, можно рекомендовать: а) снижение скорости фальцовки последнего сгиба, т.к. при скорости фальцовки превышающей скорость волны сжатия, деформации в бумаге становятся необратимыми и разрушающими структуру бумаги, вследствие чего образуются диагональные морщины. Разработанная нами методика определения скоростей волн сжатия позволяет определять оптимальные скорости фальцовки последнего сгиба. б) использование нескольких ступеней обжатия последнего сгиба, руководствуясь разработанной нами методикой определения минимального давления для получения качественного сгиба. в) увеличить металлическую часть фальцвалика (в зоне пересечения корешкового и головочного сгибов) до 6 -г- 8 см, для снятия скачка давления в зоне образования внутренних диагональных морщин.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Галицкий, Дмитрий Владимирович, 2008 год

1. Андросов B.C., Бобров Б.С. Одноуровневое холодное конгревное тиснение упаковочного картона // Известия Вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. - 2007. - № 6. - С. 14-22.

2. Бабаков И.М. Теория колебаний: учебник для вузов. М.: Дрофа, 2004. - 592 с.

3. Бажанов B.JI. Сидельников Е.В. Деформирование и прочность полимерных материалов. М.: Изд-во МГАП, 1996. 13 с.

4. Броппоровочно-переплетные процессы. Технологические ин-струкции. -М.: Книга, 1999.

5. Воробьев Д.В. Технология послепечатных процессов: учебник. М., Изд-во МГУП, 2000. - 393 е.: ил.

6. Воробьев Д.В. Технология броилоровочно-переплетных процессов: учебник/ Д.В. Воробьев, А.И. Дубасов, Ю.М. Лебедев. М.: Книга, 1989. -392с.

7. Галицкий Д.В., Силенко П.Н. Фальцовка: задачи и методы их решения // Известия Вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2007. - №6. -С. 23-34.

8. Галицкий Д.В., Силенко П.Н. Фальцовка: условия равновесия с учетом сил трения // Известия Вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. -2008. №1. - С. 3-18.

9. Галицкий Д.В.Фальцовка: определение минимальной сжимающей силы // Вестник МГУП. 2008г. - №3. - С. 16-28.

10. Дидыч В. П. Основы теории и проектирования фальцевально-резальных и приемно-выводных устройств рулонных печатных машин, дис. д.т.н. 05.05.01, Львов, 1999. - 383 с.

11. Дидыч В.П. Цилиндровая группа циклических механизмов фальцевальных аппаратов рулонных печатных машин. Львов: Украинская Академия Печати, 1997. - 126с.

12. Загаринская JI.A. Полиграфические материалы: Бумага и переплетные материалы: учеб. пособие / Л. А. Загаринская, Н. А. Кравчина. М.: МПИ, 1983. - 50 е.: ил.

13. Зубцов М.Е. Листовая штамповка: учебник для вузов.- Л.: Машиностроение, 1987.

14. Иванов О.А., Быстров К.Н., Силенко П.Н. Элементы механики сплошной среды в полиграфии: учеб. пособие. М., МГУП, 2005. - 80 с.

15. Карпенко, B.C. Практика фальцовки: от спуска полос до готовой продукции. Фальцевальные системы Heidelberg Finishing: Учебное пособие/ B.C. Карпенко, Ю.О. Шостачук, В.Г. Карпенко. К.: Техника, 2001. - 240 с.

16. Кейф, М.Дж. Послепечатные технологии / пер. с англ. С.И. Купцова; под ред. С.И. Стефанова. М.: ПРИНТ-МЕДИА центр, 2005. - 280 с.

17. Киппхан, Г. Энциклопедия по печатным средствам информации. Технологии и способы производства / пер. с нем. М.: МГУП, 2003. - 1280 с.

18. Комаров В.И. Деформация и разрушение волокнистых целлюлозо-бумажных материалов. Архангельск: изд-во АГТУ, 2002.- С. 21-31, 111-116.

19. Кошелев Е.И. Брошюровочно-переплетные машины: учебник для вузов / Е. И. Кошелев, Д. А. Пергамент, В. П. Филиппов. М.: Книга, 1986. -319 е.: ил.

20. Крутов В.И. Основы научных исследований: учебник для технических . вузов / В.И. Крутов, И.М. Глушко, В.В. Попов и др. М.: Высшая школа, 1989. 387 с.

21. Либау Д. Промышленное броппоровочно-переплетное производство. Производство книг (серийное): ч. 1 / Д. Либау, И. Хайнце. М.: МГУП, 2007. -470 с.

22. Любошиц М.И. Справочник по сопротивлению материалов / М.И. Любошиц, Г.М. Ицкович: Вышэйшая школа. Минск.: 1969. - 464 с.

23. Офсетные печатные машины: Учебное пособие / В.И. Штоляков, А.Ф. Федосеев, Л.Ф. Зирнзак, И.А. Егоров, С.П. Вартанян, Э.С. Артыков. М.: Изд-во МГУП, 1999. 216 е.; - 334 ил. (Печатные системы фирмы Heidelberg)

24. Павлов И.П. Фальцовка листов / И. П. Павлов, В. Ф. Хмылко; И.П. Павлов, В.Ф. Хмылко. М.: Книга, 1975. - 64 е.: схем. - (В помощь рабочему полигарфисту).

25. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний. М.: Машиностроение, 1967. - 316с.

26. Пергамент Д.А. Брощюровочно — переплетное оборудование: учебник для вузов. М.: Изд-во МПИ, 1990.

27. Печатное оборудование. Учебник для вузов/ В.П. Митрофанов, А.А. Тюрин, В.И. Штоляков, Е.Г. Бирбраер. -М.: МГУП, 1999. 443 е.: ил.

28. Пономарев С.Д. Расчеты на прочность в машиностроении: справочник в 3-х т. / С.Д. Пономарев, В.Л. Бидерман, К.К. Лихарев и др. М.: Машгиз. 1956.- 1120 с.

29. Послепечатное оборудование: учебное пособие / В.И. Бобров, Г.Б. Куликов, Е.В. Одинокова, Д.А. Пергамент, А.Ф. Федосеев. М.: Изд-во МГУП. 2000. 132 е.: ил. (Печатные системы фирмы Heidelberg)

30. Розин Л. А. Метод конечных элементов // Соросовский образовательный журнал. 2000. - №4. - С. 120-127.

31. Румянцев В.Н. Финакин К.И. Несколько слов о "петухах" // Полиграфист и издатель.- 1996. №5. - С.42.

32. Румянцев, В.Н. Листовые или рулонные печатные машины. Что использовать? // Полиграфия. М. № - 1. - С. 74-75.

33. Силенко П.Н. Динамика бумажного листа в транспортных системах полиграфических машин: дисс. д.т.н. спец. 05.02.15. М., МГАП, 1994. - 161 с.

34. Силенко П.Н. Динамика бумажного листа в транспортных системах полиграфических машин: Монография. М., МГУП, 1999. - 168 с.

35. Силенко П.Н. Теоретическая механика: учеб. пособие. М., МГУП, 2002.- 154 с.

36. Силенко П.Н. Аналитическая механика: учеб. пособие. М., МГУП, 2007.- 106 с.

37. Силенко П.Н., Иванов О.А. Механические свойства бумажного листа и методы их качественной и количественной оценки // Известия Вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2000. - № 1-2, - С. 11-21.

38. Силенко П.Н., Бажанов B.JI. Упругие и прочностные свойства полиграфических материалов. М.: Изд-во МГАП «Мир книги». 1993. - 30 с.

39. Тюрин А.А. Печатные машины автоматы: учебник. - М.: Книга, 1980.-416 с.

40. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов: учебник. М.: Наука, 1983.

41. Фишков В.Г. Исследование механики процессов и устройств ножевой фальцовки.: дис. на соискание звания к.т.н. / В. Г. Фишков; МПИ. Науч. рук. -Мордовии Б.М. М., 1966. - 218 с.

42. Хведчин, Ю.И. Послепечатное оборудование. Часть 1: Брошюровочное оборудование: учебное пособие / Ю.И. Хведчин; Моск. гос. ун-т печати. М.: МГУП, 2003. - 466 с.

43. Хечумов Р.А. Применение метода конечных элементов к расчету конструкций / Р.А. Хечумов, X. Кеплер, В.И. Прокопьев. М.: Изд-во ассоциации строительных вузов, 1994.

44. Хюн А.Ю., Климова Е.Д. Оценка печатно-технических свойств упаковочного картона // Известия Вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2006. - № 4. - С. 19-25.

45. Чехман Я.И. Печатные машины: учебник / Я.И. Чехман, В.Т. Сенкусь, Е.Г. Бирбраер М.: Книга, 1987. - 304 с.

46. Шакхельдян, Б.Н. Полиграфические материалы: учебник / Б.Н. Шакхельдян, Л.А. Загаринская. М.: Изд-во Книга, 1988. - 328 с.

47. Autorenkollektiv Technologie der Bucheinbande und Broschuren 2. verbesserte Auflage VEB Fachbuchverlag Leipzig, 1984.

48. Falzkleben eine Idee und ihre Folgen Offset - Technik 1/ Frankfurt.1989.

49. Wolf R. Maglichkeiten und Grenzen im Falzapparatebau fur die Tiefdruck // Druckspecgeb. 1973. - № 3. - C. 124-129.international Center for Сertrficaiionof Intellectual Activities Results (ICC JAR) , , ,

50. Международный Центр сертификации результатов интеллектуальной деятельности (IV! ЦС РИД О)1. С Ж РТИФЙКАТ ссрШ|Ж1

51. РЕГИСТРАЦИИ ОЕЪЕКТА ЖШв2тШ32Ш0О11>; ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

52. Полное. Методика расчёта номинальных давлении при фаяышвке

53. Сокращенное: Ме( сушка расчет номинальных давлений при фалвдязке

54. Вид ОИС: произведение науки

55. Правообладатель (ли); Гшшикий Дмигрий Владимирович

56. A it top (догорю): ГалжхкиЙ Дмитрий Владимирович.л' . ч ''А -Ос

57. Дата ноцачн заявки: 25 апреля 2008 года Дата регистрации и Рсссгр»: 27 моя 2(Ю$ го,ча ? л с';»" Учешьш «очор заявки! RU250420080015

58. Генеральный директор; Аеа^ндиа^щ <; ? "''уЩи"

59. Реестродержатель Всемирный гехнолотч0ски4 уитерст в г '

60. Уменьшение образования диагональных морщин при снижении скорости работы фальцмашины до скорости волны сжатия вбумаге

61. Получение экспериментальных материалов производилось на комбинированной фальцевальной машине LBW 340, макс, скорость работы 200 м/мин

62. Бумага мелованная 120 г/м2, 4-х сгибная тетрадь (книжный фальц), формат 840х 600 мм, скорость фальцовки 120 м/мин

63. Бумага мелованная 120 г/м2, 4-х сгибная тетрадь (книжный фальц), формат 840х 600 мм, скорость фальцовки 60 м/мин

64. Бумага офсетная 80 г/м2, 4-х сгибная тетрадь (книжный фальц), формат 840 х600 мм, скорость фальцовки 150 м/мин

65. Бумага офсетная 80 г/м2, 4-х сгибная тетрадь (книжный фальц), формат 840 х600 мм, скорость фальцовки 70 м/мин