Содержание.
1. Объекты и способы сушки.Особенности процесса сушки.
2.Дать определение, описатьтехнологические особенности процесса высечки.
3. Факторы, влияющие напрочность потетрадного шитья нитками.
4.Используемая литература.
1. Объекты и способы сушки
Объекты сушки.Сушка — это теплофизический и технологический процессудаления избыточной влаги из влажных материалов. Процесс сушки называюттеплофизическим, потому что избыточная влага удаляется из материалов благодаряфизическим процессам — испарению или сублимации (кипение недопустимо, так какможет привести к разрушению материала), в процессе которых между материалом иокружающей средой происходит обмен теплом и массой — так называемый тепломассообмен. Этот процесс является и технологическим,так как при сушке меняются структурно-механические и технологические свойстваматериалов.
В полуфабрикатах брошюровочно-переплетного производства избыток влаги содержит клеевой слой и увлажненныеим склеиваемые волокнистые материалы, если при склеивании используются клеи наводной основе. Избыток влаги в клее и материалах затрудняет или делаетневозможным проведение последующих операций, поэтому полуфабрикаты послесклеивания сушат. В отделочных процессах сушат адгезив,нанесенный на прозрачную полимерную пленку перед ее припрессовкой, а также оттиски после нанесения на них лакового покрытия. Вброшюровочно-переплетных процессах сушат тетради после приклейки форзацев,блоки после заклейки и окантовки корешка, приклейки корешкового материала и капталобумаж ной полоски, переплетные крышки после сборки,книжные издания после крытья блоков обложками и после вставки блоков впереплетные крышки или после обжима и штриховки книг.
Способы сушки.Тетради с приклейками, переплетные крышки и книгиперед упаковкой обычно сушат в естественных условиях. В этом случаеполуфабрикаты и издания получают энергию, необходимую для испарения избыточнойвлаги, от окружающего воздуха благодаря естественной конвекции. Процесс этоточень длительный (естественная сушка полуфабрикатов при пооперационнойобработке занимает до 90% производствен ного времени)и не всегда обеспечивает требуемое качество.
Для ускорения процесса впоточном производстве применяют различные способы сушки: конвективную, радиационно-кон вективную, кондуктивную, в высокочастотном электромагнит ном поле,плазменную. Каждый из этих способов характеризуется скоростью подачи тепла,интенсивностью процесса и жесткостью режима, которые определяютпродолжительность сушки, энергетические затраты и технологические свойствавысушенного материала, имеет свои достоинства и недостатки. Многообразиеполиграфических материалов и различные требования к их технологическимсвойствам не позволяют рекомендовать какой-то один способ сушки: для получениялучшего технологического и технико-экономического эффекта в каждом отдельномслучае целесообразно использовать тот или иной способ или комбинированныеспособы.
Искусственная сушкаполуфабрикатов, по сравнению с естественной позволяет:
1) многократно сократить продолжитель ность процессаобработки полуфабрикатов и сроки выпуска продукции;
2) обеспечить высокое и постоянное качество(влагосодержание и физико-механические свойства) полуфабрикатов и снизитьпроцент брака на последующих операциях;
3) включить операцию сушки впоток, не меняя его ритма и такта при изменении технологических факторов;
4) совмещать сушку странспортировкой, используя специальные сушильные устройства. Сокращение срокавыпуска изделий и снижение брака способствуют повышению эффективностипроизводства — снижению себестоимости, росту производительности труда,увеличению суммы прибыли, росту рентабельности и фондоотдачи.
Искусственная сушка имеет инедостатки: большой расход электроэнергии, громоздкость сушильных устройств,необходимость для их обслуживания дополнительной рабочей силы. Однако вусловиях непрерывного поточного производства повышение его эффективностиперекрывают эти затраты. В некоторых случаях искусственная сушка может и недать сколько-нибудь заметного экономического и качественного эффекта. Например,нет необходимости подвергать искусственной сушке тетради с приклейками иокантованными форзацами, поскольку они успевают высохнуть в связанных пачках,прежде чем попадут на операцию комплектовки блоков, а важнейшие показателикачества этих полуфабрикатов — прочность и долговечность склейки — практическине зависят от способа сушки. Трудно также интенсифицировать процессперераспределения влаги в готовом книжном издании. Попытки ускорить сушкуизданий в переплетных крышках не дали положительных результатов, хотя решениеэтой проблемы позволило бы значительно сократить сроки выпуска многообъемных изданий.
Особенности процесса сушки
В процессе сушки избыточнаявлага из влажного материала удаляется испарением. В жидкости, как и в газах,при любой температуре, отличающейся от абсолютного нуля, всегда имеетсянекоторое число молекул, обладающих наибольшей кинетической энергией, которые,оказавшись вблизи открытой поверхности жидкости, способны преодолетьповерхностное натяжение и покинуть жидкость. Средняя кинетическая энергияоставшихся в жидкости молекул уменьшается, следовательно, уменьшается итемпература жидкости. Таким образом, испарение является эндотермическимпроцессом; на испарение единицы массы жидкости необходимо затратить удельнуютеплоту парообразования r (Дж/кг), которуюжидкость получает от окружающего воздуха или от специального теплоносителя.Молекулы пара, покинувшие жидкость, переходят в окружающий воздух вследствиеконцентрационной диффузии _ движения молекул под влиянием перепадаотносительной концентрации какого-либо компонента смеси. Концентрационнаядиффузия пара и воздуха взаимна: одновременно молекулы воздуха диффундируют кповерхности жидкости под влиянием относитель нойконцентрации воздуха. По мере удаления от поверхности жидкости этот такназываемый молекулярный перенос, осуществляемый отдельными молекуламинезависимо друг от друга, постепенно заменяется молярным переносом,осуществляемым некоторыми объемами, т.е. конвекцией. На расстоянии от поверхностижидкости порядка 1 ммконвекция становится доминирующим способом переноса пара.
Испарение свободной, несвязанной с материалом жидкости характеризуется тремя особенностями:
1) испарение происходит вмолекулярном поверхностном слое, так называемом зеркале испарения;
2) влага перемещается к зеркалу испарениятолько в виде жидкости;
3) перемещение массы жидкости к зеркалуиспарения осуществляется в основном молярным переносом — конвекцией — и вменьшей степени молекулярным переносом — броуновским движением;
4) на испарение затрачивается лишь теплота парообразования.
Во влажных телах только частьвлаги свободна, а значитель наяее часть более или менее прочно связана с материалом: движение связанной влагивнутри твердого тела затруднено пространственной структурой (каркасом) тела.Прочность связи влаги с материалом и механизм ее движения внутри твердого телазависят от вида тел. Пространственная структура тел и различные формы связивлаги с материалом определяют особый механизм испарения и движения влаги внутритела: она может перемещаться не только в виде жидкости, но и в виде пара,причем перенос пара может быть как молярным, так и молекулярным; испарениеможет происходить в относительно толстом слое, в так называемой зоне испарения.
2.Высечка
Высечка — это приданиепечатной продукции, картонным заготовкам, буклетам, книжным изданиям в обложкесложной конфигурации в соответствии с их конструкцией или с замыслом художника.Высечка является обязательной операцией при изготовлении многих видов этикеток,упаковок, картонной тары, игрушек, почтовых конвертов, применяется также врекламных изданиях и изданиях для детей дошкольного и младшего школьноговозраста, изготовляемых по специальному заказу издательства.
Для получения изделий иизданий сложной формы применяют три способа высечки, в которых используютпринципы ножевой резки подвижным и неподвижным фигурным ножом и ротационнойвысечки (рис. 2.6).
Принцип ножевой резки сдвижущимся возвратно-поступа тельнофигурным ножом используется в тигельных прессах тяжелого типа. Высекальные прессы тяжелого типа позволяют обрабатыватьлистовые полуфабрикаты большого формата, различной толщины и жесткости; напрессах с программным управлением штамп после каждого цикла перемещается вновое положение, что позволяет на оттисках располагать несколько десятководинаковых изображений малого формата. Они универсальны, могут обрабатыватьлюбую продукцию, но скорость их работы невелика, поэтому применяютсяпреимущественно в производстве крупноформатной упаковки и тары.
Рис. 2.6.Схемы высечки: а — ножевой резки; б — неподвижным ножом; в — ротационной. 1 — неподвижная плита; 2 — подвижная плита; 3 — фигурный нож; 4 — упор; 5 — марзан; 6 — полуфабрикат; 7 — толкатель; 8 — опорный вал
Ножи для ножевой высечки натигельных прессах изготавливаются из узкой (порядка 25 мм) полосовой высокоуглероди стой стали марки У8 и др. различнойтвердости: сталь твердостью 60 ед. по Роквеллуиспользуется для ножей с большим радиусом закругления, а твердостью 54 ед. — смалым радиусом закругления. Если высечка делается по периметру заготовки илиизделия, то выполняется односторонняя заточка лезвия (одно- или двухгранная) инож изгибается по контуру рисунка фаской наружу, в сторону обрезков. Привысечке отверстий («окон») лезвие затачивается также с одной стороны, но ножизгибается фаской внутрь, в сторону отсекаемой части заготовки или изделия.Если обе части объекта обработки являются деталями изделия (например, мозаичнойголоволомки), то заточку лезвия делают двусторонней, двух- или четырехгранной.После гибки концы ножа свариваются, а место сварки обтачивается и шлифуется.Готовый нож крепится в колодке из толстой многослойной фанеры, в которойзаранее пропиливается фигурный паз по форме ножа.
При подготовке тигельного высекального пресса к работе на его нижней плитеустанавливаются или приклеиваются упоры, обеспечивающие точное совмещениевысечки с контуром изображения оттисков, и марзан, обеспечивающий полнотувысечки и предотвращающий повреждение кромки лезвия ножа в процессе высечки. Высекальный нож с помощью фанерной колодки крепится кверхней плите пресса с учетом расположения оттиска и картонной заготовкиупаковочного материала на его нижней плите. Чтобы обеспечить высокое качествопродукции и долгосрочную эксплуатацию дорогого оборудования, высекальный нож следует располагать близ центра приложениясилы, которая на тигельных прессах при полной нагрузке составляет несколько МН(десятков тонн-силы).
Принцип ножевой высечки снеподвижным фигурным ножом (рис. 2.5, б) используется в малогабаритных ипростых по конструкции полуавтоматах, исполнительные механизмы которых(толкатель с гидравлическим приводом, сквозной фигурный нож, желоба укладки иприемки) располагаются под небольшим, порядка 15°, наклоном к горизонту. Сампринцип продавлива ниястопы заготовок через сквозной нож не позволяет делать ножи сложнойконфигурации, поэтому он используется преимущественно в массовом производствеэтикеток, карманных календарей и другой продукции прямоугольной формы сзакругленными углами. Фигурные ножи изготавливают из более широкой (порядка 100 мм) полосовой стали, адля готовых ножей делаются специальные оправки или к ним привариваются детали,необходимые для надежного крепления к корпусу гидросистемытолкателя или приемного стола.
Простая конструкция прессов снеподвижным ножом требует малого времени на переналадку при смене заказа:необходимы лишь смена ножа и регулировки положения накладного стола и стенки поотношению к ближайшим кромкам лезвия ножа. Производительность высекальных прессов с неподвижным ножом довольно высока:полуавтомат типа ПВЭ-2М Зарайского филиала ГФ «Полиграфресурсы» за один цикл работы обрабатывает стопу высотой 10_12 см, т.е. несколько сотенэкземпляров заготовок. К недостаткам этого принципа высечки можно отнестиотносительную сложность изготовления ножа из широкополосной стали, сравнительно сложную систему его крепления, малые размеры (площадьдо 2 дм2) получаемых изделий.
Ротационный принцип высечки(рис. 2.6, в) предполагает использование фигурного ножа, режущая кромкакоторого расположена на цилиндрической поверхности, и цилиндрической твердойопоры — марзана. Этот принцип требует очень высокой точности изготовленияисполнительных инструментов, поэтому ножи делаются из высококачественной калиброваннойстали с применением лазерного гравирования на прецизионном оборудовании.Цилиндрические ножи делаются из отрезков тонкостенной трубы или из листовойстали. В последнем случае ножи устанавливаются на цилиндрах, снабженных электромаг нитной системой крепления.Ротационная высечка может выполняться на специальном оборудовании или в секцияхрулонных машин спецвидов печати. Приводка высечки(совмещение контуров лезвия ножа и многоцветного оттиска) выполняется обычнымисредствами, используемыми в рулонных печатных машинах, — регистровыми валиками,изменяющими длину пути бумажного полотна от печатной секции до секции высечки,и осевым смещением рулона.
Способ ротационной высечкинаходит широкое применение в массовом производстве самоклеящихся этикеток, приизготовлении которых высечка делается только на толщину материала этикеток, азащитная антиадгезионная подложка служит своеобразныммарзаном для цилиндрического фигурного ножа. Этот способ высечки требуетбольших затрат на приобретение специального оборудования и изготовление ножей,но высокая производительность, возможность агрегатированияс печатанием и гуммированием оттисков и автоматизациинаклейки фигурных этикеток на изделия делают этот способ вполнеконкурентоспособным в производстве различных этикеток.
3.Факторы, влияющие на прочность потетрадногошитья нитками
Прочность потетрадногошитья нитками определяется на динамометре с максимальной нагрузкой до 200 Н (20кгс) при испытании на вырыв внутренних листов или целой тетради блока.Прочность потетрадного шитья нитками зависит от видашитья, прочности бумаги и направления ее раскроя в тетрадях, объема тетрадей,прочности и относительного удлинения ниток, числа и длины стежков, наличия ивида корешкового материала.
От вида шитья зависятпрочность скрепления тетрадей друг с другом и прочность связи переплетнойкрышки с блоком. Наивысшую прочность скрепления книжной конструкцииобеспечивает шитье блоков на марле переплетными стежками, при котороммарля надежно соединяется с блоком зигзагообразны ми наружными элементамистежка, а переплетная крышка в готовой книге скрепляется с блоком клапанамикорешкового материала. Достоинства переплетного шитья на марле используются впроизводстве изданий в переплетной крышке, рассчитанных на средний и большойсрок службы и интенсивное пользование. Простой переплетный стежок прост внастройке, но расположение стежков в соседних тетрадях друг под другомограничивает область его применения скреплением блоков изданий среднего объемаиз-за большой нашивки фальцев (утолщения корешка). При шитье сравнительнотонких блоков число скрепляющих корешковый материал диагональных элементов шваувеличивается за счет увеличения числа стежков: по высоте блока вместо одногопереставного переплетного стежка можно разместить три простых переплетныхстежка. Переставной переплетный стежок, дающий вдвое меньшее утолщение корешкапри шитье, благодаря высокой прочности скрепления и тетрадей, и крышки с блокомприменяется в производстве многообъемных изданийбольшого формата (с большой массой блока) — энциклопедий, словарей,справочников и т.п.
Шитье без марли,осуществляемое с применением простого икомбинированного брошюрных стежков, обеспечивает весьма надежное скреплениететрадей блока, позволяет производить полную обработку блоком на автоматизированных поточных линиях, но приего применении связь переплетной крышки или обложки с блоком осуществляетсятолько клеевым соединением, прочность и долговечность которого зависят отмногих факторов и в значительной степени— от культуры производства, качества исходных материалов, строгого соблюдениярецептуры клеев и режимов технологиче ского процесса. Этот вид шитья широко применяется впроизводстве самых разнообразных по назначению изданий значительного объема,рассчитанных на средний и большой срок службы при малой интенсивностипользования.
Чем выше прочность бумагина разрыв, тем выше и прочность швейного скрепления, но при этом испытанииимеет большое значение и направление ее раскроя. Если тетради книжного блокаимеют долевой раскрой, то при испытании внутренних листов на вырыв разрывноеусилие направлено к бумаге в поперечном направлении, при котором у всех видовбумаги (кроме ватмана ручного изготовления) оно всегда меньше, чем в долевомнаправлении. Разумеется, это не означает, что в целях повышения этогопоказателя следует использовать тетради с поперечным раскроем бумаги, но присоставлении норм прочности этот фактор необходимо учитывать.
Объем тетрадейпрактически не влияет на показатель прочности навырыв внутренних листов тетрадей, так как при вырывепервой пары листов тетради разрушается бумага, а при вырыведвух-трех (и более) пар листов рвутся нитки. При испытаниях на вырыв из блокацелой тетради показатель прочности во многом зависит от прочности швейного иклеевого скреплений тетради с соседними тетрадями и с корешковым материалом,поэтому с увеличением числа страниц в тетрадях прочность на их вырыввозрастает. В испытаниях на вырыв первой пары внутренних листов 32-страничныхтетрадей, сшитых четырьмя стежками, сила вырыва непревышает 10 Н (1 кгс), но при вырыве целой тетрадипоказатель прочности в 12-15 раз выше.
Нитки, применяемые пришитьеблоков, имеют разрывное усилиепорядка 15 Н (1,5 кгс), что дает примерно 1,5-кратный запас прочности на вырыввнутренних листов тетрадей книжных изданий среднего формата, сшиваемых четырьмястежками. Конечно, чем больше прочность ниток, тем выше и прочностьшвейного скрепления, но применять более «толстые» (большей линейной плотности,меньшего торгового номера) и более прочные нитки целесообразно лишь при шитьеблоков втачку, при котором нагрузки на швейное скрепление при пользованиикнигой значительно выше. Использование ниток из синтетических волокон, имеющих большое относительноеудлинение при разрыве, не только снижает число обрывов ниток в процессешитья, но и способствует меньшему разрушению бумаги блока в процессе егомеханической обработки и при пользовании книгой, повышает срок службы издания.
Установлено, что прочностьскрепления листов и тетрадей книжного блока пропорциональна числу стежков,которое, как это указано в табл. 5.2, зависит от высоты блока и оправданонагрузками, возрастающими при пользовании книгой с увеличением формата издания,толщины и массы книжного блока. Длина стежков оказывает меньшее влияниена прочность книги: увеличение длины стежков вдвое дает прирост прочностилистов на вырыв примерно на 20%. Поэтому блоки книг большого формата и объемацелесообразно шить максимальным числом коротких стежков.
По данным исследований,проведенных во ВНИИ полиграфии в 1950-х гг. [17], прочность блоков на вырыв,разрыв блоков и прочность связи переплетной крышки с блоком зависят от видаи размеров корешкового материала. В качестве корешкового материала былиотобраны два вида ткани с малой поверхност нойплотностью (батист и бязь) и два вида марли — фасонная и двухниточнаяпо основе. Исследования показали, что максимальная прочность блока достигаетсяпри использовании двухниточной марли, имеющейповышенную прочность на разрыв по утку и крупные ячейки, обеспечивающиесвободное проникание клея к фальцам тетрадей при заклейке корешка и прочнуюсклейку марли с бумагой блока и форзацев. Более прочные на разрыв, но плохопропускающие клей ткани в испытаниях на разрыв блока и на вырыв тетрадейпоказали на 21-29% меньшую прочность.
Прочность связи переплетнойкрышки с блоком максималь на, если корешковыйматериал выкраивается по всей высоте блока, но при шитье блоков на марле этонеосуществимо, так как при обрезке блоков края марли осыпаются. Чтобыкорешковый материал меньшего размера по высоте блока не заходил в готовой книгена клапаны загибки покровного материала переплетной крышки, рулон корешковогоматериала выкраивают шириной, меньшей номинальной высоты блока на 35 мм. В готовой книгеполоска марли должна располагаться симметрично, на равном расстоянии отверхнего и нижнего обрезов; чтобы это произошло, при подготовке ниткошвейноймашины к работе левый край марлевого полотна сдвигают к верхнему краю блокатак, чтобы это расстояние в сшитых блоках было равно 15 мм.
Минимальная ширина клапановкорешкового материала, обеспечивающая их надежную склейку с форзацами,рассчитывается исходя из минимально допустимой ширины склейки тканевыхпереплетных материалов с бумагой и картоном, равной 10 мм, 20%-ного запасапрочности и величины расставов при использован ии для переплетных крышек тонкого картона
(5.5)
где рм— минимальная величина расстава, мм; kзп — коэффициент запаса прочностисклейки; шмс — минимальная величинасклейки ткани с картоном, мм.
При рм= 4,5 мм,kзп = 1,2 и шмс= 10 мм шмк = 17 мм, что с допуском в 1 мм учтено в Нормах расходаматериалов и в рекоменда цияхтехнологических инструкций по ТБПП [21, 2]. С увеличением толщины блока итолщины всех материалов переплетной крышки величина расставови ширина клапанов корешкового материала соответственно увеличиваются до 22 мм.
Используемая литература.
1.Воробьёв Д.В., Дубасов А.И., Лебедев Ю.М. Технология брошуровочно-переплётныхпроцессов. Учебник. – М.: Книга,1989.
2. Воробьёв Д.В. Технология брошуровочно-переплётных процессов. – М.: Книга, 2000.