Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Реферат

Введение

1. Обзор существующего оборудования оперативной полиграфии для резки, бигования и перфорации

1.1 Резальный станок для бумаги. Описание и технические характеристики

1.1.1 Особенности эксплуатации дисковых резальных станков

1.1.2 Виды дисковых резальных станков

1.2 Особенности оборудования и процесса бигования листовой продукции

1.2.1 Виды устройств для бигования

1.3 Оборудование и технология перфорации

1.3.1 Область применения

1.4 Основные технические требования при разработке универсального станка для резки, биговки и перфорации

2. Разработка настольного станка для полистной резки, биговки и перфорации. (Обоснование и выбор материалов, расчет углов заточки ножей)

2.1 Дисковые ножи

2.1.1 Перфорационный нож и основные характеристики

2.1.2 Нож для резки. Основные характеристики

2.1.3 Биговочный нож. Основные характеристики

2.2 Прогнозирование работоспособности режущего инструмента на основе оценки напряженного состояния поверхностного слоя обрабатываемого материала

2.3 Выбор ножа для бумагорезальной машины

2.4 Сравненительные показатели стойкости ножей различных классов

2.5 Сравнение экономичности ножей для обрезки бумаги

2.6 Указания для точильщиков ножей

2.7 Рекомендации для выбора правильного угла резания ножа

2.8 Характерные явления при дефектах заточки

2.9 Сохранность и уход за ножом

2.10 Выбор марзана для бумагорезальной машины

3. Расчет (оценка) экономической эффективности разработки и внедрения настольного станка для резки, биговки и перфорации листовой продукции

3.1 Технико-экономический анализ и оценка показателей экономической эффективности проекта

4. Охрана труда и техника безопасности при эксплуатации настольного станка для полистной резки, биговки и перфорации бумаги

4.1 Выявление опасных и вредных производственных факторов при работе на резальном оборудовании

4.2 Воздействие опасных и вредных факторов на организм человека, и на окружающую среду

4.2.1 Обеспечение микроклимата на рабочем месте

4.2.2 Освещение рабочего места

4.2.3 Шум и защита от него

4.2.4 Химические факторы

4.2.5 Психофизиологические факторы

4.3 Сравнение вредных факторов с допустимыми факторами. Вывод о необходимости защитных мер

4.4 Описание предлагаемых устройств, методов и средств борьбы с выявленными вредными и опасными факторами

4.4.1 Требования к системам освещения в помещении цехов

4.4.2 Требования к естественному освещению

4.4.3 Защита от шума

4.5 Основные правила пожарной безопасности

Заключение

Список использованной литературы



Реферат

Пояснительная записка содержит: 71страницу, 3 чертежа формата А3 и 1 чертеж формата А4, 28 рисунков, 14 таблиц, 22 источника.

Ключевые слова: универсальный станок, станок для резки, биговка, перфорация, дисковый нож, перфорация, картридж, каретка, направляющая.

Выпускная квалификационная работа содержит:

· краткие характеристики различных типов станков для резки, биговки и перфорации;

· расчетно-пояснительную записку;

· чертежи.

Настоящая работа посвящена разработке станка для резки, биговки и перфорации. После проведеных иследований, были выбраны оптимальные параметры и технические характеристики оборудования. Подсчитана экономическая эффективность разработки настольного станка для резки, бигования и перфорации листовой продукции.

Современная оперативная полиграфия нуждается в простых, не дорогих станках способных выполнять несколько операций. Универсальный станок относится к таким видам оборудования. На нем можно выполнять резку, биговку и перфорацию. И все это осуществляется посредством сменных картриджей с разными видами дисковых ножей.



Введение

Анализируя состояние дел в полиграфии можно сделать вывод, что обеспечение заказами в крупных типографиях с каждым годом становится все сложнее и сложнее. Заказчикам все чаще нужны небольшие тиражи в самые сжатые сроки, вплоть до эксклюзивных - единичных и это специфика отрасли в условиях мирового кризиса. Большие типографии не берутся за мелкие заказы из-за их нерентабельности. С этой проблемой легко справляются небольшие типографии оперативной полиграфии.

Что такое предприятие оперативной полиграфии? Это типография способная за короткое время и с высоким качеством напечатать любой ваш заказ от одного экземпляра. Наиболее популярные виды заказов это изготовление листовок, плакатов, буклетов и визиток. Для обеспечения полного цикла печати в таких типографиях должно быть не дорогое и способное выполнить полный объем работ оборудование. Печать обеспечивается цифрой печатной машиной, а отделочные процессы целой группой небольших станков для резки, биговки, тиснения, перфорации, ламинирования, переплета идр.

На сегодняшний день существует огромное количество станков для резки, биговки и перфорации. Задача на курсовое проектирование - разработать универсальный станок для послепечатной обработки, где будет можно использовать три вида операций: резки, биговки и перфорации. Такой станок можно будет использовать не только в оперативной полиграфии, но и в офисах или просто в домашних условиях для финишной обработки листовой бумаги. Станок будет абсолютно безопасен при эксплуатации, так как все ножи будут находиться в специальных защитных картриджах.

1. Обзор существующего оборудования оперативной полиграфии для резки, бигования и перфорации

1.1 Резальный станок для бумаги. Описание и технические характеристики

Что такое резальный станок для бумаги? Это устройство для быстрого и ровного разрезания бумаги в стопах различной толщины. Станок позволяет ровно разрезать лист бумаги для качественного применения их в дальнейших отделочных операциях.

На сегодняшний день существуют несколько фирм выпускающие эту продукцию, такие как: Steiger, Ideal, HSM, Kw-Trio, Fellowes, которые отлично зарекомендовали себя в офисах, копировальных центрах, небольших типографиях благодаря качественной обработке продукции, надежности и простоте в обращении.

Резальные станки различаются по способу воздействия на нож механические (ручные) и электрические. В свою очередь, ручные резальные станки бывают роликового, сабельного и гильотинного типов. Резальные станки, в зависимости от модели, имеют различные параметры, которые определяют различное применение каждого станка:

· источник усилий реза: ручные станки используют мышечную силу человека, электрические станки имеют электропривод;

· тип ножа резального станка: гильотина производит рез одновременно по всей длине ножа, сабельный станок работает по принципу ножниц, а роликовый имеет круглый вращающийся, самозатачивающийся нож, движущийся по стальной направляющей;

· толщина реза: от 0,5 мм у самых маленьких роликовых станков, до 5 мм у сабельных, и до 80 мм и более, у профессиональных гильотинных станков;

· длина реза - максимальная длина разрезаемой бумаги: от 33 см до одного метра и более;

· тип прижима разрезаемой стопы: ручной, механический ручной или электрический;

· способ разметки и позиционирования бумаги: на простых офисных резаках нанесена разметка и иногда имеются подвижные упоры для удобства работы, на профессиональных резальных станках встроены системы автоматической блокировки ножа, автоматического программируемого позиционирования и система индикации.

Роликовые резальный станок - ручные аппараты финишной обрезки материалов. Роликовый резальный станок представляет собой закреплённую на станине (рабочем столе) направляющую, по которой перемещается режущий механизм - ролик. Он состоит из заточенного металлического дискового ножа, устройства прижима к контрножу и резинового ролика прижима стопы. При разрезании бумага оказывается между вращающимся ножом роликового станка и контрножом (пластиной из твердого металла, закрепленной на торце станины станка). У недорогих моделей роликовых станков бумаги в качестве контрножа используется сама станина. Благодаря постоянному прижиму дискового ножа к контрножу, система самозатачивается. В случае, когда всё же диск тупится (попав например, на скрепку), ролик меняют - целиком, или отдельно дисковый нож, в зависимости от модели станка. Широкоформатные модели роликовых станка опционально могут комплектоваться подставкой и держателем для работы с рулонными материалами.

Сабельное резальное устройство называется из-за ножа, который похож на саблю. Сабельный станок наиболее мощный и используется для работы с большим объемом бумаги, однако точность у них остается в пределах 0,1 мм. У сабельных станков принцип работы несколько иной. Остро заточенный нож резака закреплен с одного края (во избежание травмы он закрыт защитным кожухом), с другого у него рукоятка. Опуская ее, разрезают бумагу. Нож в сабельном станке можно затачивать, хотя эта процедура не так проста, как кажется на первый взгляд. Кроме того, пользоваться сабельным станком куда сложнее, чем роликовым. Чтобы получить идеальный результат, придется постараться.

Резательное устройство с "гильотинным" ножом используется для обработки больших тиражей и прекрасно подходит крупным типографиям. Такой резак бывает ручной, полуавтоматический и автоматический. Его рабочий механизм (остро заточенный тяжелый нож станка) расположен на массивном столе и приводится в движение рычагом или электроприводом. Лезвие движется не только сверху вниз, но и наискось вдоль лини реза и способно "обрабатывать" внушительные пачки листов до 8 см. При этом точность достигает долей миллиметра. Когда нож станка тупится, его снимают и подтачивают, а после нескольких заточек меняют.

Станки для бумаги очень полезны в любом офисе для изготовления и обработки фотографий, брошюр, визиток, наклеек. Для печатных салонов и типографий станок просто необходим, т.к. несет на себе важную технологическую функцию.

1.1.1 Особенности эксплуатации дисковых резальных станков

В наше время большого разнообразия послепечатной продукции, очень сложно выбрать подходящий станок, который будет удовлетворять все наши запросы (требования). И перед нами стает вопрос, как правильно выбрать резак? Существует множество опций, параметров на которые нужно обратить свое внимание, и ниже мы рассмотрим несколько из них:

· для того чтобы правильно выбрать резак нужно понять, для каких задач он приобретается;

· толщина стопы резака выбирается из планируемого вида и объёма работ. Если это подрезка единичных листов бумаги, фотографий, визиток, наклеек, пленки, картона, то подойдет дисковой резак, хоть и не дорогой, но обеспечивающий отличное качество и совершенно безопасный;

· очень важен для работы качественный прижим. Он позволяет получить стабильное качество реза;

· на наш выбор существует несколько видов операций с бумагой: резка, перфорация, биговка. В основном, производитель делает станок с одной операцией (резка), но существуют универсальные станки, где в зависимости от операции вставляется картридж с нужным ножом;

· формат. Современные станки для резки бумаги могут обеспечивать форматы от А6 до А2.

1.1.2 Виды дисковых резальных станков

Ideal. Фирма Ideal выпускает оборудование от ручных настольных до электрических резальных машин с программным управлением. Офисные модели - это ручные машины сабельного типа с длиной реза до 110 см и высотой стопы до 50 листов.

Ножи в этих моделях изготавливаются из стали, и допускают повторную заточку, в напольных резальных машинах возможна установка ножа с увеличенным углом заточки. Модели оснащены прозрачными защитными экранами, что позволяет контролировать отрезаемую кромку бумаги. В моделях Ideal 1038 и 1058 используются автоматические защитные экраны, которые поднимаются и опускаются вместе с ножом. Задний подаватель легко передвигается и закрепляется на любом расстоянии.

Ручной прижим бумаги позволяет регулировать давление на стопу бумаги. Модели Ideal 2035, 1036 и модели с ножным приводом Ideal 1080, Ideal 1110 оснащены автоматическим прижимом.

Механические резальные машины - модели гильотинного типа с механическим (винтовым для модели Ideal 4700 или рычаговым для модели Ideal 3905) прижимом бумаги и механическим резом стопы. Задний подаватель регулируется вращением рукоятки вручную. Монтируются на столе или станине.

Электрические резальные машины Ideal - модели гильотинного типа с электрическим (двухкнопочное включение) резом стопы. Прижим стопы может быть механическим (винтовым для моделей Ideal 4810, 5210) или автоматическим (модели 4850, 6550-95). Задний упор перемещается винтовым калиброванным приводом и контролируется по шкале на поверхности стола.

Кроме того, компанией выпускаются модели с электрическим приводом заднего подавателя. Они имеют пульт управления с дискретным счетчиком, позволяющим установить положение заднего подавателя с точностью до 0,1 мм.

Наиболее совершенная - программируемая машина Ideal 7228 ES3. Она оснащена пультом управления и памятью (20 программ, 16 позиций реза в каждой), позволяющей вводить параметры реза. На дисплее высвечивается информация о работе машины с указанием возможных ошибок. Пневматический стол с системой воздушных клапанов для облегчения перемещения тяжелых стоп материала по поверхности стола поставляется по необходимости.

Из дополнительных средств безопасности предусмотрены фотореле, электромагнитный тормоз ножа и внешняя регулировка глубины хода ножа.

Дисковый резальный станок Ideal 1031 (рисунок 1). Используется для резки форматов до А3. Имеет самозатачивающийся дисковый нож. Срок службы резака увеличен за счет использования специальной стали, запатентованной фирмой Ideal.

· Имеет защищенный сменный режущий механизм;

· существует сантиметровая разметка рабочей поверхности резака;

· измерительная линейка со шкалой в миллиметрах, используемая и как передний или задний упор;

· прозрачное прижимное устройство с автоматическим прижимом во время реза;

· встроенный транспортир с нанесенной разметкой и фиксированные метки на рабочей поверхности для точного углового реза;

· корпус выполнен из ударопрочного пластика на резиновой платформе, предотвращающего скольжение резаков во время работы.

Параметры резального станка Ideal 1031представлены в таблице 1.

Рисунок 1 - Резальный станок Ideal 1031

Таблица 1 - Технические характеристики

Формат	А3
Длина реза (мм)	430
Высота стопы (листы)	6
Прижим	Автоматический
Габариты (ДхШхВ)	576х201х61
Вес (кг)	0,9

Роликовый резальный станок Steiger R 48 (рисунок 2). Используется для обрезки фото формата А6-А3. Имеет надежную конструкцию - основание, выполненное из толстой стали. Самозатачивающийся дисковый нож, контрнож длительной эксплуатации. Поверхность изготовлена из гуммированного пластика. Рабочий стол с антибликовым покрытием, прижим - автоматический. Защита от лезвия - безопасная режущая головка. Параметры резального станка Steiger R 48 представлены в таблице 2.



Рисунок 2 - Роликовый резальный станок Steiger R 48

Таблица 2 - Технические характеристики

Формат	А6-А3
Длина реза (мм)	480
Высота стопы (листы)	20
Прижим	Автоматический
Габариты (ДхШ)	656 х315
Вес (кг)	4,0

Роликовый резальный станок Fellowes PROTON A3 (рисунок 3). Резальный дисковый станок Proton A3 идеален для работы с небольшим количеством материалов. Длина реза 455мм, стопа 1мм (10 листов 80г/м2). Инновационная система сменных/заменяемых картриджей - SafeCut™ Картридж. Помещенное в пластиковый картридж лезвие гарантирует полную безопасность для пользователя. Картридж освобождает лезвие только в момент резки. Основание со специальными слотами для хранения запасных или сменных картриджей. Комплектуется 1 ножом для прямой резки. Специальный механизм фиксирует режущий картридж на конечной позиции, что облегчает процесс транспортировки.

Параметры резального станка Fellowes Proton A3представлены в таблице 3 [21].



Рисунок 3 - Роликовый резальный станок Fellowes PROTON A3

Таблица 3 - Технические характеристики

Формат	А3
Длина реза (мм)	455
Высота стопы (листы)	10
Прижим	Ручной
Габариты (ДхШхВ)	625х220х80
Вес (кг)	1,6

Резальный станок Gladwork 3216 (рисунок 4). Металлический роликовый резак для бумаг применяется для разрезки бумаги различных сортов, фотографий, пленок, обложек брошюр. Параметры резального станка Gladwork 3216представлены в таблице 4.

Рисунок 4 - Резальный станок Gladwork 3216



Таблица 4 - Технические характеристики

Формат	А3+
Длина реза (мм)	460 мм
Высота стопы (листы)	7
Прижим	Ручной
Габариты (ДхШ)	570x210
Вес (кг)	1,95

1.2 Особенности оборудования и процесса бигования листовой продукции

Биговка - операция нанесения прямолинейной бороздки на лист бумаги. Она еобходима для последующего сложения по линии бумаги плотностью более 175 г/мІ или картона. Сама бороздка носит название -- биг. Биговка выполняется, если есть вероятность повредить нанесенное изображение путем обычного сгиба; она защищает место сгиба от растрескивания и красочного слоя, придавая печатной продукции более аккуратный вид. Биговка осуществляется с помощью тупых дисковых ножей или прямоугольными пластинами на биговальной машине, которая вдавливает и уплотняет материал (облегчая последующее его сгибание) с частичным разрушением связей в волокнистых материалах.

1.2.1 Виды устройств для бигования

Биговщик перфоратор Cyklos GPM 315 (рисунок 5). "Циклос" (Cyclos) - это компания, существующая с 1928-го года с многолетними традициями. Первоначальное название фирмы "HA-NEK". В начале своей деятельности "Циклос" занимался производством множительных аппаратов с электрическим и ручным приводом. В 1965 году этот производственный кооператив получил название "Циклос". Перечень производимой продукции был расширен, в него вошли изделия из сферы канцелярского и полиграфического оборудования. В настоящее время 60% продукции идет на экспорт. В 1998-99 годах фирма начала интенсивно вводить в производство систему качества.

Механический многофункциональный аппарат для обработки печатной продукции. Первая функция - биговка, вторая функция - перфорация. Ножи для биговки и перфорации легко меняются. Аппарат работает с разными сортами бумаги. Гарантированное качество перфорации без пропусков для легкого отрыва бумаги. Параметры станка Cyklos GPM 315 представлены в таблице 5.

Рисунок 5 - Cyklos GPM 315

Таблица 5 - Технические характеристики

Макс. рабочая ширина (мм)	315
Макс. плотность бумаги (г/м2 )	400
Угол биговки (С)	0 - 90° градусов
Ширина бига (мм)	1,2 / 1,8
Макс. рабочая ширина (мм)	315
Габариты (мм)	500x380x95
Вес (кг)	11,5

Биговщик Cyklos KSL 435 (рисунок 6). Параметры станка Cyklos KSL 435 представлены в таблице 6.



Рисунок 6 - Cyklos KSL 435

Таблица 6 - Технические характеристики

Макс. рабочая ширина (мм)	435
Макс. плотность бумаги (г/м2 )	400
Угол биговки (С)	45° и 90° градусов
Ширина бига (мм)	1,2 / 1,8
Макс. рабочая ширина (мм)	315
Габариты (мм)	505 x 505 x 95
Вес (кг)	13,5

Биговщик Fastbind C400 (рисунок 7) - ручная биговальная машина. Эта дешевая биговальная машина сверхпрочна, проста в эксплуатации и имеет большую мощность. Могут быть отбигованы бумажные материалы толщиной до 1,3 мм и длиной до 400 мм. FastbindC400 может изготавливать до четырех бигов без какого-либо регулирования. Уникальная конструкция рукоятки и внутренней механики означает, что работа машины не зависит от усилий оператора. Независимо от величины стопы материалов, рукоятка поднимает и бигует листы легко и последовательно. Две ступенчатые линейки позволяют выполнять четыре бига без перенастройки машины. Толщина используемого материала до 2 мм, длина бига 400 мм. Область применения: офисы и начинающие копировальные центры. Ручная биговальная машина Fastbind C400 идеально подходит для использования с термоклеевыми машинами. Аппарат позволяет выполнять четыре бига без перенастройки машины. Параметры станка Fastbind C400 представлены в таблице 7 [22].

Рисунок 7 - Fastbind C400

Таблица 7 - Технические характеристики

Макс. рабочая ширина (мм)	55-325
Макс. плотность бумаги (г/м2 )	320
Бигование	Ручное
Ширина бига (мм)	Не ограничена
Макс. рабочая ширина (мм)	315
Габариты (мм)	54х61х12
Вес (кг)	11

1.3 Оборудование и технология перфорации

Перфорацией в полиграфическом производстве называют процесс пробивания (просечки) близко расположенных друг к другу отверстий одинакового диаметра и правильной формы на листе или ином запечатываемом материале. Представьте на бумаге ряд отверстий - они могут быть круглыми или квадратными - расположенных в линию. Вот это и есть перфорация.

1.3.1 Область применения

Чаще всего перфорация применяется при изготовлении:

· отрывных календарей;

· почтовых марок;

· отрывных купонов;

· блокнотов;

· открыток;

· самокопирующихся бланков;

· некоторых видах брошюр;

· и другой полиграфической продукции.

Линия перфорации может быть как горизонтальной, так и вертикальной. Все зависит от пожеланий заказчика.

1.4 Основные технические требования при разработке универсального станка для резки, биговки и перфорации

Разрабатываемый станок должен иметь настольное исполнение, небольшие размеры, сменные дисковые ножи для перфорации, резки и бигования. Основные требования предстапвлены в таблице 8.

Таблица 8 - Основные технические требования

Формат	А3
Количество листов	10 (80г/м2)
Картриджи	SafeCut™ (3-х видов)
Матерьял ножей	9ХС
HR	58
Угол заточки	19 радусов

2. Разработка настольного станка для полистной резки, биговки и перфорации. (Обоснование и выбор материалов, расчет углов заточки ножей)

2.1 Дисковые ножи

Дисковые ножи - одни из главных его деталей. Дисковым ножом называется нож дисковой формы, выполненный из металла высокой прочности, с отверстием в центре под крепление. Они могут быть различных габаритов и из разных материалов. В основном это быстрорежущие и инструментальные стали, таки как 6ХС, 9ХС, 9ХФ, ХВГ, ШХ15. Он имеет по периметру режущую кромку.

Режущая кромка у дисковых ножей может быть выполнена:

· с двусторонней заточкой - нож затачивается с двух сторон. При этом углы заточки могут быть различны, и в зависимости от них, режущая кромка может смещаться как к одной, так и к другой плоскости ножа;

· с односторонней заточкой - нож заточен с одной стороны, режущая кромка на одной из плоскостей ножа;

· с заточкой под прямым углом к боковым плоскостям ножа - нож режет гранью. Такие изделия, как правило, используются в паре с контр ножом;

· с фигурной заточкой - в соответствии с условиями работы ножа.

Отверстие в центре дискового ножа предназначено для посадки на ось вращения. Оно может быть выполнено как с пазами, так и с выступами, а ширина его кромки может варьироваться, (к примеру, быть толще режущей кромки ножа).

Правильный выбор угла заточки, вида режущей кромки и материала позволит в разы увеличить ресурс ножа и даже обрабатывать более плотные и твердые материалы.

Безусловно, дисковые ножи проектируются исходя из специфики обрабатываемого ими материала, но все они должны обладать минимальным сопротивлением резанию и максимальным сопротивлением износу.

2.1.1 Перфорационный нож и основные характеристики

Расчет перфорационного ножа (рисунок 8).

d= 28 (мм) - диаметр

a= 6, 3(мм) - длинна зуба

b= 1 (мм) - длинна пробела

n= 12 - количество зубьев и пробелов

Длина окружности определяется по формуле:

L=2 3,14 14=88

Проверка:

Сумма длин зуба и пробелов должно равняеться 88 (мм)

Рисунок 8 - Перфорационный нож

Расчет усилий для высечки.

Максимальное значение давления дискового ножа на поверхность бумаги:

a = 6, 3(мм) - длинна зуба

- максимальное усилие (рисунок 9)

Параметры перфорационного ножа представлены в таблице 9

Рисунок 9 - Усилия перфорационного ножа

Таблица 9 - Технические характеристики

Диаметр (мм)	28
Окружность (мм)	88
Толщина (мм)	1
Высота стопы (листы)	10
Угол заточки (градусы)	19
Количество зубьев	12
Длинна зуба (мм)	6,3
Сталь	9ХС
Твердость	54-58



2.1.2 Нож для резки. Основные характеристики

Характеристика и параметры ножа представлены в таблице 10.

Таблица 10 - Технические характеристики

Диаметр (мм)	28
Окружность (мм)	88
Толщина (мм)	1
Высота стопы (листы)	10
Угол заточки (градусы)	19
Сталь	9ХС
Твердость	54-58

2.1.3 Биговочный нож. Основные характеристики

Параметры ножа для бигования листовой продукции представлены в таблице 11.

Таблица 11 - Технические характеристики

Диаметр (мм)	28
Окружность (мм)	88
Толщина (мм)	1
Высота стопы (листы)	5
Угол заточки (градусы)	0
Сталь	9ХС
Твердость	54-58

2.2 Прогнозирование работоспособности режущего инструмента на основе оценки напряженного состояния поверхностного слоя обрабатываемого материала

Рассмотрены вопросы прогнозирования работоспособности режущего инструмента для различных технологических процессов механической обработки резанием на основе диагностики по акустическому сигналу и теоретических исследований напряженного состояния поверхностного слоя обрабатываемого материала.

До настоящего времени механическая обработка материалов резанием остается одной из важнейших операций формообразования в технологических процессах. Повышение производительности, гибкости, надежности и экономичности при обеспечении качества и точности получаемых изделий в настоящее время связано с научно обоснованным выбором оптимальных инструментальных материалов, геометрических параметров инструментов и режимов резания, внедрением систем контроля над состоянием инструмента, в частности, методов вибродиагностики. Для эффективного решения данной задачи необходимо знание явлений, происходящих при взаимодействии инструмента с обрабатываемым материалом.

Физические явления, протекающие в зоне резания, являются источником упругих волн различной интенсивности и частоты, вызывающих акустическое излучение. Протекание волновых процессов в сплошных средах определяется большим числом факторов: макро- и микрогеометрией инструмента, физико-механическими свойствами материалов, динамическими характеристиками технологической системы, внешними условиями нагружения и применения различных сред и др. Изменение хотя бы одного из этих факторов приводит к изменению характеристик акустического сигнала, его интенсивности и частотного спектра.

При этом износ режущего инструмента при механической обработке существенно влияет на распределение контактного давления в поверхностном слое обрабатываемого материала [1] и соответственно на волновые процессы.

Моей целью является изучение схемы линейно-деформируемого полупространства при вдавливании в упругую полуплоскость наклонного штампа с закругленной кромкой для объяснения напряженного состояния поверхностного слоя изделия при изнашивании режущего инструмента и дальнейшего прогнозирования его работоспособности на основе данных акустического сигнала.

При традиционных способах механической обработки резанием инструмент всегда имеет радиус округления режущей кромки с (рисунок 10), величина которого зависит от свойств инструментального материала и технологии подготовки рабочих поверхностей. Характер нагружения определяет форму и размер предполагаемого очага разрушения (заштрихованная область на рисунке 10), т.е. зоны, в которой действующие напряжения близки к величине временного сопротивления обрабатываемого материала. Точка B показана как координата возможного зародыша трещины вязкого разрушения, разделяющей обрабатываемый материал на стружку и поверхностный слой детали. Обычно она находится выше теоретической линии среза АА. Величина ?h материала, которая поднимается скругленной частью режущей кромки, связана с радиусом округления с соотношением ?h(0,3…0,5) с

Рисунок 10 - Схема формирования поверхностного слоя детали при резании со скругленной режущей кромкой [2]

При резании полиграфических материалов, в том числе и композиционных, процессу разделения листов предшествует напряженное состояние зоны резания, создаваемое внедрившимся в стопу и движущимся (сабельный или другой вид движения) режущим клином инструмента - ножа с радиусом кривизны вершины R (рисунок 11).



Рисунок 11 - Схема взаимодействия бумагорезального ножа с обрабатываемым полиграфическим материалом: Р - усилие резания; R-радиус кривизны вершины лезвия; в-угол остроты лезвия

Листы материала в начальной стадии процесса резания под действием кромки лезвия подвергаются деформациям сжатия и растяжения. При достижении контактных напряжений начинается процесс их разделения. Одновременно наблюдается разрыв химических связей между волокнами целлюлозы [2].

При этом происходит не только разделение волокон, в которые вдавилось лезвие ножа, но и разъединение волокон, еще не соприкасавшихся с ножом. Последнее явление условно можно назвать образованием "опережающей трещины". При опускании нож скошенной гранью давит на кромку очередного листа, деформирует его и отодвигает отрезанную часть стопы.

В первом приближении взаимодействие режущей кромки инструмента с обрабатываемым материалом может быть рассмотрено как контактная задача вдавливания в упругую полуплоскость наклонного штампа с закругленной кромкой (рисунок 12) [3].



Рисунок 12 - Схема вдавливания наклонного штампа в упругую полуплоскость. а - размер зоны контакта, е - угол наклона штампа, R - радиус режущей кромки, b - переход прямолинейной образующей штампа в криволинейную (округлую); С - точка, где действуют максимальные контактные напряжения, P - сила вдавливания

Уравнение контура y = f(x) штампа в области контакта имеет следующий вид

(1)

где

Нормальные напряжения в области контакта определяются по формуле [4].

(2)

(3)



Вдавливающая сила Р, относящиеся к единице длинны вдоль оси Oz, выражается следующем зависимостью:

(4)

где G - модуль сдвига; а v-коэффициент Пуассона.

Эпюра напряжений, возникающих на площадке контакта наклонного штампа с упругой полуплоскостью, показана на рисунке 13. Параметры площадки контакта приведены в таблице 12. Из рисунка 13 следует, что по мере округления штампа (увеличения радиуса R) величина напряжения уменьшается и его максимум (точка С) приближается к центру площадки контакта. При увеличении радиуса, стремящейся к нулю, напряжения стремятся к бесконечности (пунктир на рисунке 13). Характер изменения максимальной величины эпюры (точка C, рисунок 13) по мере роста радиуса R показан на рисунке 14. Соответственно уменьшается и осредненное контактное напряжение.

Рисунок 13 - Безразмерные эпюры нормальных напряжений в области контакта



Таблица 12 - Параметры площадки контакта наклонного штампа в упругую плоскость

Данные теоретические положения были проверены экспериментально.

В ходе экспериментов определялся характер изменения с течением времени уровня акустического сигнала, генерируемого двумя отличающимися технологическими процессами - процессом резания бумаги (рисунок 15) и процессом фрезерования (рисунок 16). Резание бумаги проводилось на машине модели БР-82, а фрезерование осуществлялось на станке модели 6Р13 (n =800 об/мин; D=29,7 мм, v=31 м/мин; S= 5 мм/мин; t = 3 мм).

Рисунок 14- Изменение максимума эпюры напряжений (точка С, рисунок 13) в зависимости от увеличения радиуса R



Рисунок 15 - Изменение с течением времени уровня акустического сигнала, генерируемого процессом резания полиграфического материала (полиграфический материал писчая бумага, инструментальный материал - сталь ХВГ)

Рисунок 16 - Изменение с течением времени уровня акустического сигнала, генерируемого процессом фрезерования (обрабатываемый материал - сталь 45, инструментальный материал - сталь Р6М5)

Экспериментальные данные показывают, что по мере износа ножа уровень акустического сигнала генерируемого процессом резания бумаги, уменьшается, что подтверждает теоретические положения. Прогнозируемая наработка ножа до перезаточки в обоих опытах, примерно, одинакова и составляет 42 и 48 суток, соответственно, что совпадает с фактической.

Экспериментальные данные при фрезеровании показали, что, так же как и с бумагорезальным ножом, по мере износа фрезы уровень акустического сигнала, генерируемого в процессе фрезерования, уменьшается. Прогнозы по наработке фрезы до снятия её на перезаточку в обоих экспериментах совпали с фактической наработкой фрезы до её перезаточки. При этом в первом опыте степень износа составляла 0,95, а во втором - 0,29 Аналогичной обработке были подвергнуты результаты исследования износа токарного резца при чистовом точении стали 12Х18Н10Т на режимах: n = 1000 об/мин, t=0,08 мм, S=0,08 мм/об, приведенные на рисунке 17. Особенностью этих опытов было то, что длительность точения измерялась длинной обработанной поверхности в мм.

Рисунок 17 - Изменение уровня акустического сигнала, генерируемого в процессе точения, в зависимости от длины обработанной поверхности (инструментальный материал - твердый сплав Т15К6)

Результаты обработки показывают, что к концу эксперимента резец достиг недопустимого состояния, длина обработанной поверхности до снятия резца на перезаточку составляла 18- 45 мм, а степень износа при длине обработанной поверхности 500 мм составляла 4,5.

Приведенные в статье результаты расчетов и экспериментальные данные для различных инструментов показали, что по мере увеличения их износа уменьшается величина контактного напряжения, соответственно снижается уровень акустического сигнала, генерируемого процессом механической обработки различных материалов. Разработанная на основе этого явления аналитическая зависимость позволяет прогнозировать момент наработки инструмента до снятия его на перезаточку, а также оценивать степень его износа.

Экспериментально установлено, что наибольший разброс амплитуд акустического сигнала соответствует периоду приработки инструмента. Далее разброс уменьшается, но интенсивность сигналов мало меняется с ростом износа. Это объясняется тем, что процессы, противоречиво влияющие на изменение характеристик акустического излучения, на данном этапе компенсируют друг друга. При критическом износе инструмента интенсивность акустического сигнала и его дисперсия начинают резко возрастать.

Дальнейшие исследования будут направлены на создание системы неразрушающего контроля над техническим состоянием режущего инструмента и прогнозирования наработки его на отказ при использовании на автоматизированных станочных комплексах механической обработки резанием [5].

2.3 Выбор ножа для бумагорезальной машины

Российский рынок полиграфической продукции на сегодняшний день стремительно развивается. Типографии все больше и больше заинтересованы в выпуске высококачественной продукции, для производства которой необходимо использовать качественное полиграфическое оборудование, и в частности, послепечатное оборудование, неотъемлемой частью которого является бумагорезальный нож.

Довольно стремительно на российском рынке послепечатного оборудования появляются новые бумагорезальные машины, как известных, так и абсолютно новых брендов. На сегодняшний день в мире насчитывается более 50 производителей режущего инструмента. Из них можно выделить одну из старейших и известнейших компаний - компанию IKS Klingelnberg. На протяжении ста лет компания занимает лидирующие позиции в производстве ножей для бумагорезальных машин. Практически каждый производитель бумагорезального оборудования использует ножи IKS Klingelnberg.

На российском рынке ножи IKS Klingelnberg активно представлены уже более 10 лет. С уверенностью можно сказать, что в каждой второй типографии на бумагорезальной машине установлен нож IKS. Ножи IKS Klingelnberg можно встретить, как и на одноножевых, так и на трехножевых резальных машинах, а также на ВШРА.

Ножи для бумагорезальных машин изготавливаются из четырех основных типов сталей:

- Инструментальной стали (Durapid);

- хромистой стали (Chromalit - 12% Chrom);

- быстрорежущей стали HSS (Duritan - 18%W);

- твердого сплава (Incomet Supreme).

Durapid ножи выполнены из инструментальной стали (рисунок 18). С помощью современной технологии мягкий материал тела ножа комбинируется с легированной вставкой.

Термическая обработка в специальных закалочных установках гарантирует получение хорошей микроструктуры и взвешенное соотношение между твердостью и прочностью.

Это самый простой тип ножа. Такой нож имеет не высокую цену, но и срок службы данного ножа тоже не велик. Ножи из инструментальной стали просты в обслуживании и заточке. Они отлично себя зарекомендовали в типографиях с небольшим объемом работы и в регионах, где имеются проблемы с заточкой ножей.

Рисунок 18 - нож Durapid

Chromalit ножи выполнены из высоколегированной хромистой стали (рисунок 19). Chromalit применяют только для ножей, которые работают в паре (в частности в ВШРА). За счет вязкости стали, такие ножи могут долго сохранять свои режущие свойства. В одноножевых и трехножевых резальных машинах такие ножи не используются. Заточка ножей из хромистой стали имеет свои особенности, и требует использование хорошего абразивного материала и выбора правильных режимов.

Рисунок 19 - нож Chromalit

Duritan ножи имеют вставку из быстрорежущей стали (рисунок 20). За счет более высокого легирования стальной вставки показатели срока службы в три - пять раз превышают показатели срока службы ножей из инструментальной стали. Это наиболее распространенные на сегодняшний день ножи. Они устанавливаются на новые резальные машины Polar, Perfecta, Wohlenberg и др. И, несмотря, на более высокую цену по сравнению с инструментальной сталью такие ножи не требуют частой заточки и служат в три раза дольше. Таким образом, duritan ножи обеспечивают лучшее соотношение цена/качество. Затачивать такие ножи надо импортным абразивом при правильно выбранном режиме.

Рисунок 20 - нож Duritan

Incomet Supreme ножи имеют вставку из твердого сплава (рисунок 21). Это современные ножи, имеющие мельчайшую структуру. При правильном обращении и применении ножи этого класса превосходят по стойкости обычные стальные ножи почти в 20 раз. Данные ножи обеспечивают идеальный точный рез.

Однако при использовании таких ножей требуется особая осторожность и аккуратность, так как возможно повреждение лезвия ножа. Новый класс ножей из стали incomet supreme отличается более высокой износостойкостью и применяется в типографиях с большим объемом производства и когда требуется обеспечить высокое качество выполняемых работ.

Заточку таких ножей необходимо производить в специализированных заточных центрах. Это дорогие ножи, но при правильном их использовании и обслуживании, они служат гораздо дольше ножей из других типов стали.

Рисунок 21 - нож Incomet Supreme

2.4 Сравненительные показатели стойкости ножей различных классов

Каждый нож обладает определёнными характеристиками: вязкостью, износостойкостью и способностью к заточке (рисунок 22).

· Вязкость - способность материала сопротивляться воздействию высокого давления и нагруженности изгибом.

· Износостойкость - способность лезвия, при высоких нагрузках, оставаться острым.

· Способность к заточке - возможность перетачивать и править ножи в условиях применения подходящих методов и инструментов.



Рисунок 22 - показателей бумагорезальных ножей

Таким образом, в зависимости от специфики деятельности производства, интенсивности работ типографии выбирают бумагорезальные ножи той или иной стали. В независимости от того, ножи из какой стали выберет типография, она получит качественный производственный инструмент от компании IKS для своей бумагорезальной машины.

Совершенно естественно, что в процессе работы ножи изнашиваются. Для данного процесса характерно постепенное уменьшение ширины ножа, происходящее вследствие истирания его лезвия. Процесс постепенного истирания частиц лезвия, приводящий к изменению микрогеометрии режущей части ножа, принято называть его затуплением. Тупой нож не режет, а рвет, выдирает волокна листов бумаги. Поверхность резания становится неровной, шероховатой, усилие резания значительно возрастает, увеличивается потребная мощность, машина испытывает большие перегрузки. Все это приводит к необходимости заточить нож. В большинстве случаев смена затупившегося ножа обусловлена ухудшением качества и точности резания, что и является критерием затупления ножей. Учитывая все перечисленные выше факторы, можно смело утверждать, что профессиональная заточка инструмента является залогом производства качественной печатной продукции.

Таким образом, правильный выбор ножа, его качественная заточка и тщательная доводка в сочетании с применением надлежащего марзана и грамотная их совместная эксплуатация являются серьезной предпосылкой для получения качественной продукции при использовании резального оборудования.

2.5 Сравнение экономичности ножей для обрезки бумаги

С развитием современных металлообрабатывающих станков предписание соответствующих инструментов, в общем случае, идет в ногу с этим развитием. Достаточно указать инструменты из твердых сплавов и керамики для токарной обработки, сверления и фрезерной обработки. Высокие рабочие скорости станков с ЧПУ с короткими перемещениями салазок делают высокопроизводительные инструменты настойчиво логичными и необходимыми. Помимо того, в ходе рационализации и на фоне экономических проблем в конкурентном соревновании все в большинстве случаев внимания уделяется теме стоимости инструментов и простоев станков при смене инструментов [19].

Бумагорезальные машины для четырехсторонней резки (резальные машины) или трехножевые резальные автоматы (машины для трехсторонней обрезки) являются станками. Машины ведущих изготовителей в нынешнее время оснащаются устройствами ЧПУ для обеспечения возможности резки по программе крупноформатных выходных листов до определенного конечного формата. При этом устройства ЧПУ обеспечивают достижимость точного и весьма быстрого исполнения цикла машины с большим количеством производственных операций при минимально возможном отходе материала [12].

Обработчики бумаги, в частности, типографии и переплетно-брошюровочные предприятия очень часть являются в нынешнее время высокотехнологическими производственными предприятиями.

После введения в практику твердосплавного ножа для резки бумаги сильно вырос интерес к экономическому использованию долговечных инструментов в области обработки бумаги. Прогресс производства твердых сплавов позволяет между тем выполнять также малые углы фасок, какие до сих пор были возможны только для ножей из инструментальной стали.[17]

В последние годы посредством улучшения технологии изготовления и использования инструментов опасность поломки тонкого лезвия гораздо снизился, и твердосплавный нож занимает свое прочное положение. Несомненно, имеются исключения, которые здесь и незамедлительно рассматриваться не будут. Условием применения твердосплавных ножей является существование современных резальных машин с жестким корпусом, беззазорным перемещением подвижных органов, соответствующими подкладными планками для резки, взвешенными значениями давления прижима и т.д. Техническое содержание твердосплавных ножей в свою очередь требует других условий, а собственно наличия современных заточных станков с возможностью выбора подходящих режимов подачи и осцилляции (колебательных движений инструмента), в том числе использования алмазных абразивных кругов, в определенных обстоятельствах в режиме глубокой заточки [15].

Логика современных машин безоговорочно голосует за использование высокопроизводительного ножа. Так называемый "нож из шведской стали" таковым не является. Из-за высокой степени легирования твердость таких ножей остается ограниченной. Ножи из инструментальной стали являются "all-round"-ножами (ножами разностороннего назначения) средней стойкости, продуктивность которых по сравнению с высоколегированными ножами или твердосплавными ножами по своей природе находится на явно более низком уровне.

Реальностью же является то, что ножи из инструментальной стали распространены самым широким образом. Для этого имеются важные причины:

1. Универсальная применимость при беспроблемном техническом обслуживании ножей во всех странах при всех условиях (заточка);

2. в прошлом стандартная оснастка изготовителей станков, которые также при использовании в незнакомых условиях должны были обеспечить свободную от рисков эксплуатацию станков;

3. навык пользователей и заточников к испытанному стандартному продукту [13].

2.6 Указания для точильщиков ножей

1. Необходимо чтобы заточной станок обязательно обладал достаточной жесткостью и массой для гашения неизбежных вибраций. Ни в коем случае не допускается отжим поперечины для крепления ножа под давлением при заточке и веса ножа.

Поперечина должна быть абсолютно ровной и находиться в плоскопараллельном положении относительно плоскости заточки. Добротность колебательной системы заточного станка легко проверить: -если возникший осадок от заточки после сжатия интенсивно отжимается (как стальная стружка), станок хороший. Но если он сохраняет сжатую форму, станок вибрирует или непригоден абразивный материал. При этом имеется опасность пережога затачиваемой поверхности.

2. Подача ножа - или каретки заточной бабки должна быть легкой, без перекосов и толчков при переключении (постоянная скорость подачи).

3. Крупная, отчетливая шкала на поперечине для крепления ножа должна обеспечивать возможность прямого считывания угла фаски. Ножи должны быть закреплены посредством приспособления для зажима надежно и параллельно относительно затачиваемой поверхности. Нож должен закрепляться фаской вверх.

Направление вращения абразивного круга выбирается для стандартных ножей и ножей из быстрорежущей стали так, чтобы производилось стачивание из ножа. Если заточка производится против лезвия ножа, имеется опасность образования зазубрин, которые вызывают выкрашивающиеся абразивных зерен из круга. Такие тонкие зазубрины замечают только при правке. Для твердосплавных ножей выбирают направление вращения в противоположном направлении (против лезвия ножа).

При заточке следует обращать особое внимание на обильный подвод охлаждающей жидкости. Лучше всего обеспечивать подвод жидкости через вал двигателя или снаружи целенаправленно на зону заточки.

4. Абразивный шпиндель должен иметь регулируемую опору или опору с автоматическим предохранением от осевого сдвига, так как осевой зазор опасен при использовании чашечных абразивных кругов или кольцевых абразивных колец.

Чашечные абразивные круги или кольцевые абразивные кольца должны быть сбалансированы и иметь концентричное вращение. При невыполнении этого условия возникают боковые биения и сотрясения.

5. Всегда должна выполняться подача абразивной головки, а не стола ножа. Исключением является случай, когда выполняется плоскопараллельное перемещение единственным элементом. Должна иметься возможность автоматического ограничения подачи и ее изменения по величине.

6. Органы управления должны находиться рядом вместе в пределах удобной досягаемости для оператора, который со своего рабочего места должен держать под контролем зону заточки.

7. Насос охлаждающей жидкости должен в любое время выдавать сильную замкнутую струю на зону заточки. Резервуар охлаждающей жидкости должен иметь достаточную емкость и оснащен фильтрующей установкой для удаления осадка от заточки, прежде чем жидкость вновь будет подана к рабочей зоне.

Механизм правки должен быть прочно встроен в станок, так как он необходим для острения абразивных кругов в случае загрязнения и для правки рабочих поверхностей абразивного круга.

При правильном выборе абразивные круги в процессе заточки должны сами освобождаться от грязи без необходимости выполнения правки.

8. Абразивные круги.

Чрезвычайно богатый выбор абразивных кругов с различными параметрами зернистости, твердости и связок приводит в замешательство.

Для этого некоторые указания по правильному выбору:

· Зернистость в соответствии с DIN 69100 от 8 до 800, т.е. от грубой до очень тонкой. Для ножей машин, однако, используются только средние значения примерно от 36 до 60, при этом круг с зернистостью 60 уже почти полирует;

· твердость в соответствии с DIN 69100 включает знаки от A до Z, при этом для ножей для машин рассматриваются только мягкие ступени, а именно, ступени от H до K;

· структура в соответствии с международным стандартом обозначается числом. Чем выше число, тем меньше расстояние от зерна к зерну. Следовательно, маленькие числа не пригодны. Предпочитают "открытую" структуру, так как она меньше склонна к смазыванию;

· связки в соответствии с DIN 69100 обозначаются сокращениями.

Вот наиболее употребительные:

Керамическая связка - Ke;

Синтетическая смола - Ba;

Резина - Gu;

Магнезит - Mg;

Природная смола - Nh.

Для ножей бумагорезальных машин наиболее подходящей связкой является синтетическая смола (Ba);

· наиболее часто применяемыми абразивными материалами в соответствии с DIN 69100 являются:

Стандартный корунд - NK;

Электрокорунд повышенной чистоты - HK;

Электрокорунд высшего качества (белый корунд) - EK;

Карбокорунд темный - SiCg.

Для ножей бумагорезальных машин используется только корунд (NK, HK, EK).

При неправильном выборе абразивных кругов имеется опасность повреждения ножей. Прочность посадки зерна в связке допускается только в такой степени, чтобы оно выкрашивалось раньше момента, когда зерно станет совершенно тупым. Тупые абразивные зерна имеют полирующее действие, при этом выделяется большое количество тепла. Здесь важным является также расстояние между зернами. Нож может выдержать интенсивное развитие тепла при локальном нагреве, как это имеет место при заточке, тем меньше, чем выше он легирован.

Пористость абразивных кругов является решающим для "смазывания" фактором. Тонкие стальные или еще хуже железные частички забивают поры, если они слишком малые. В результате, абразивная поверхность становится "жирной" и гладкой и оказывает затем такое же действие, что и твердая связка.

9. Охлаждающая жидкость. Охлаждение чистой водой не рекомендуется, так как в этом случае деталь и машина быстрее ржавеют. Главной целью охлаждения является защита рабочей зоны от чрезмерного нагрева и очистка камня перед соприкосновением с зоной заточки от мелких частиц грязи. Эта задача выполняется более эффективно, если в воду добавляется специальная охлаждающая жидкость.

Кроме того, она защищает нож и машину от ржавчины, без необходимости смазки или заклеивания. Хорошие охлаждающие масла образуют с водой молочную или прозрачную эмульсию. Они не связывают грязь и не смазывают камень. Охлаждающая жидкость должна подаваться на камень перед зоной заточки в виде обильной струи. Капельное охлаждение является неэффективным!

10. Чистота. Охлаждение, хороший станок и правильное применение абразивных кругов не дают пользы, если нож, станок и охлаждающая жидкость не поддерживаются в чистом состоянии. Если станок и резервуар охлаждающей жидкости настолько заполнены осадком от заточки, что насос транспортирует к зоне заточки с охлаждающей жидкостью грязь и мелкие стальные опилки, заточка выполняется не чисто, и происходит быстрая смазка камня, также и в случае использования хороших абразивных кругов.

11. Внимательность при обслуживании машины, несмотря на хорошее оборудование, является чрезвычайно необходимой.