單紙膠印機輸墨系統性能分析

墨水系統是現代膠印機的重要組成部分，其性能直接影響到印刷質量的優缺點。為了評價其性能,設計人員和研究工作者給出了著墨系數、勻墨系數、貯墨系數、打墨線數、著墨率等五大靜態指標,以及油墨傳遞過程中響應時間和穩定時間等動態的評價指標。盡管已有許多研究人員對各種印刷機的輸墨系統進行了靜、動態分析,但動態分析的仿真計算相對復雜,而在靜態指標分析中考慮印刷滾筒缺口對著墨率影響的并不多見。筆者以常用的靜態性能評價指標,對各典型輸墨系統逐一進行分析。在計算著墨率時,充分考慮到印版滾筒和橡皮滾筒缺口的影響,并給出了計算示例。通過各輸墨系統性能指標的列表分析,得出了膠印機輸墨系統設計的一定規律。同時將我國自主研發的EP106型印刷機與國際先進機型的相應指標進行了對比,得出我國膠印機輸墨系統設計在各靜態指標上均已達到國際先進水平的初步結論。1主要性能評價指標1.1著墨輥面積著墨系數反映了著墨輥給印版傳遞油墨的均勻程度,常用著墨部分的墨輥面積之和與印版面積之比表示,其值一般應大于1。著墨系數越大,著墨均勻的程度就越好。式中:L為著墨輥長度;∑di為著墨輥直徑之和;Fp為印版面積。1.2勻墨的能力的計算勻墨系數反映了勻墨部分把供墨系統所傳遞來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反映了輸墨系統積貯油墨自動調節墨量性能的好壞,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。貯墨系數和著墨系數、勻墨系數的關系為:貯墨系數越大,自動調節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。貯墨系數過大,會造成墨量變化的反應慢,即響應時間過長。1.4打印機數量n打墨線數反映在勻墨部分進行油墨傳遞的過程中,油墨層被分割的次數,用墨輥接觸線次數表示。打墨線數越大,油墨越易被打勻。1.5著墨輥著墨量對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算。2典型的輸墨系統各個生產廠家不同機型的墨輥排列各不相同,因此其輸墨系統的特性也各不相同。文中列舉了德國海德堡公司的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種典型機型的輸墨系統(見圖1)。這些機型均是各公司的代表機型,其中XL105,RAPI-DA106和EP106均是近兩年推出的代表各公司最高技術水平的先進機型。3印版滾刀上墨層厚度的組成輸墨系統的重要評價指標著墨率U,通常是建立多元一次方程組進行計算求得的。油墨在傳遞過程中遵循容量不變原則,簡單地說就是各接觸點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。為了簡化計算,假設油墨轉移率f為0.5,即c=d,因此,油墨轉移可用c=d=0.5(a+b)來表達。著墨輥與印版滾筒在滾筒有效面上接觸對滾時,也可按油墨轉移率f=0.5計算,而當著墨輥處于印版滾筒缺口處時,由于不存在接觸對滾的條件,著墨輥上的油墨并沒有轉移到印版上,著墨輥仍然保持原來的墨層厚度。假設圖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,印版滾筒轉一圈為一個印刷周期,那么,與著墨輥A對滾之前印版滾筒有效面上的墨層厚度為2h0,在一個印刷周期內的平均墨層厚度應為2xh0;與著墨輥A對滾之后印版滾筒有效面上的墨層厚度為3h0,在一個印刷周期內的平均墨層厚度應為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入口處的平均墨層厚度。以海德堡CD102輸墨系統為例,計算著墨輥A,B,C,D的著墨率。對該輸墨系統而言,墨斗中的油墨由墨斗輥帶出,經過傳墨輥、串墨輥傳送到墨輥Ⅰ,Ⅱ。墨輥Ⅱ將油墨分成兩路,分別經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)分別表示各接觸點入口處和出口處的墨層平均厚度,見圖4。設紙張上的墨層厚度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滾傳墨后墨層平均厚度為2xh0=1.51。根據油墨在各墨輥間傳遞的情況分別建立各接觸點處的平均墨量厚度方程為:著墨輥與印版滾筒接觸點處的平均墨層厚度方程為:共組成了一個26元一次方程組。用行列式方式通過計算機編程求解,可得各接觸點處墨層平均厚度分別為:根據著墨率的定義,分別計算A,B,C,D輥的著墨率。4擴大著墨輥范圍,采用著墨率分配機通過計算,對文中所列9種典型輸墨系統的主要性能指標匯總見表1。由表1可以看出,這些主要性能指標中,勻墨系數普遍在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;打墨線數普遍在10以上,Bestech40最高為27,高寶RAPIDA105最低為11。與國際公認的代表世界先進水平的XL105和RAPIDA106膠印機相比,EP106的著墨系數為1.49,介于后兩者的1.47和1.56之間;勻墨系數為4.75,優于后兩者的4.52和4.16;貯墨系數為6.23,優于后兩者的5.99和5.72;打墨線數為19,優于后兩者的16和15。單張紙膠印機的著墨輥數量一般為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,其上墨作用進一步減弱,主要功能是將油墨進一步打勻。海德堡最新機型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。這充分體現了各公司在不同階段對著墨率分配情況的各自理解和不斷探索。對此,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輥補充提供10%左右的墨量,同時起到將油墨打勻的作用;A輥進一步補充提供4%左右的墨量,并進一步將版面上的墨層打勻;經過多次上墨,并逐步打勻,確保足量、均勻的油墨經橡皮滾筒轉移到印品上,滿足大多數印刷需要。綜上所述,EP106輸墨系統的各主要評價指標均與國際先進水平相當,并且在某些指標方面具有獨特的優勢。另外需要指出的是,秋山Bestech40僅有3根著墨輥,采用了獨特的大直徑著墨輥,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主要性能指標的分析在分析市場上有一定代表性和影響力的9種典型輸墨系統基礎上,通過對5個主要性能指標的分析,結合CD102機型輸墨系統的計算實例,給出了詳細的著墨率計算方法。通過對9種典型輸墨系統的主要性能指標列表分析,得到了主要性能指標的一定規律,對掌握單張紙膠印機輸墨系統的最新動態有一定參考價值。通過對比分析,可以看出我國自主研發的EP106型輸墨系統在各