CN114311963A - 一种织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀及制备方法，凹印机刮墨刀包括刀片和刀垫，刀片的刀刃正表面有仿生微织构，仿生织构通过纳秒激光加工系统加工，加工前后需要对刮墨刀进行前处理和后处理。微织构在工作过程中不仅能够储存磨屑，而且还可使刮墨刀与印刷滚筒之间形成良好的动压效应。刀刃正表面织构可使刮墨刀刮墨干净，刀刃表面的摩擦学性能提高，刮墨刀的使用寿命延长，保证凹印机的高效稳定工作。本发明提出的刮墨刀对刮墨刀刀刃刮墨面进行织构化处理，为刮墨刀刮墨面提供流体动压力、储存磨粒及为乏油摩擦副提供油墨，减少了刮墨刀表面磨损，提高了其刮墨性能和印品质量，延长了刮墨刀寿命，减少了能源浪费。

Description

一种织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀及制备方法

技术领域

本发明属于图文出版与印刷包装技术领域，涉及一种织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀及制备方法。

背景技术

随着人们对产品包装，印刷个性化需求日益增长，小批量、灵活性业务成为当今凹版印刷设备需求的主流。凹版印刷因其具有层次明晰、耐印度高、墨层厚实等特点仍是包装印刷的主要设备。

凹版印刷机的主要装置刮墨刀，是将非图文区即网坑外的油墨刮干净，通过压印胶辊上的压力将图文区即网坑内的油墨转移到承印物上来，实现凹版印刷机的印刷。刮墨刀与凹版滚筒之间的摩擦力对凹版的耐印力和印刷效果影响较大，一方面，刮墨刀在凹版表面产生的摩擦力会影响刮墨效果，刮墨效果直接影响印刷质量；另一方面，刮墨刀在凹版表面产生的摩擦力越大，凹版的磨损就越多，耐印力就越差。可见研究凹版滚筒与刮墨刀之间的摩擦力对凹版印刷机具有重要的影响。

刮墨刀的使用情况直接影响了印刷产品品质。刮墨刀虽然结构简单，但其运行参数选择不当，结构设计不合理，将加速刮墨刀磨损，缩短使用寿命，影响刮除效果，严重影响油墨均匀性和厚度控制精度。现有刮墨刀只适用于印刷速度在220m/min以下，速度超过220m/min时，刮墨刀就容易产生振动，影响刮墨效果，产生刀丝或刮不干净，增加刮墨刀的压力，刮墨刀片和印版滚筒磨损严重，造成刮墨刀服役寿命短，换刀影响了企业的生产效率和生产成本。

研究表明，表面并非越光滑就越耐磨，而是具有一定非光滑形态的表面(即具有一定微形态的织构表面)反而具有更好的耐磨性能，表面织构的凹坑或者凹痕能够起到储液器的作用，在乏油状态下及时使摩擦副表面形成润滑膜，减少摩擦副的摩擦与磨损。

仿生学在工程领域已有较多应用，如非光滑仿生凹坑表面的设计极大改善了摩擦配副的动力润滑性能，提高了摩擦副的使用寿命。诸多研究表明凹坑可改善摩擦副的动力润滑性能。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀及制备方法，旨在解决现有技术中凹版磨损区域大且耐印力差的缺陷性技术问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明提出的一种织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀，包括刮墨刀刀片，所述刮墨刀刀片的一端设有刮墨刀刀刃，所述刮墨刀刀片的另一端固连有刮墨刀刀垫；所述刮墨刀刀刃上开设有半圆形凹槽，所述半圆形凹槽有若干个；

所述半圆形凹槽与所述刮墨刀刀刃的夹角为锐角。

优选地，每个半圆形凹槽之间的距离为10mm～14mm，所述半圆形凹槽的直径为0.2mm～0.7mm。

优选地，所述刮墨刀刀片与所述刮墨刀刀垫形成阶梯形结构。

优选地，所述刮墨刀刀刃、刮墨刀刀片和刮墨刀刀垫均采用Sandvik 20C带钢制成。

优选地，所述刮墨刀刀垫的长度为15mm，所述刮墨刀刀垫的厚度为1mm。

优选地，所述刮墨刀刀片的长度为5mm，刮墨刀刀片的厚度为0.15mm。

优选地，刮墨刀采用浇铸方式制成。

本发明提出的一种织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀的制备方法，包括以下步骤：

打磨试样后再采用丙酮、酒精或去离子水超声清洗试样15min后取出吹干；

对清洗后的试样进行加工，加工后的试样包括刮墨刀刀刃、刮墨刀刀片、刮墨刀刀垫和半圆形凹槽；打磨刮墨刀刀刃、刮墨刀刀片、刮墨刀刀垫和半圆形凹槽后再进行抛光处理15min，再将抛光后的刮墨刀刀刃、刮墨刀刀片、刮墨刀刀垫和半圆形凹槽放入装有无水乙醇的容器中清洗20min得到刮墨刀试样。

优选地，采用紫外纳秒激光器加工刮墨刀刀刃、刮墨刀刀片、刮墨刀刀垫和半圆形凹槽，紫外纳秒激光器加工的输出功率10～14W，重复频率为20～30kHz，激光扫描速度为1000m/s。

优选地，试样表面粗糙度达到Ra 0.1μm停止打磨；

采用W10金相砂纸打磨刮墨刀刀刃、刮墨刀刀片、刮墨刀刀垫和半圆形凹槽，再使用0.5μm粒径的金刚石抛光剂抛光刮墨刀刀刃、刮墨刀刀片、刮墨刀刀垫和半圆形凹槽。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提出的一种织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀，刮墨刀刀片的一端设刮墨刀刀垫能够使操作者在使用过程中能够手持；通过在刮墨刀刀片上开设有半圆形凹槽，半圆形凹槽的作用原理与流体动压润滑轴承类似，在刮墨刀与印版滚筒相对运动过程中，增强了流体动压力，促进摩擦副表面形成动压润滑，提高表面承载力，降低摩擦系数，减小磨损。半圆形凹槽具有一定的容积，可以储存一定量的油墨。随着刮墨刀与印版滚筒的持续接触，当摩擦副接触区域不能得到充分润滑时，只要摩擦副接触表面的压力和相对摩擦速度达到一定条件，半圆形凹槽中的油墨能够参与到润滑过程中来，特别是当摩擦副表面处于乏油状态时，表面织构中的油墨能够起到二次润滑、补油和匀墨的作用。由于添加了若干个半圆形凹槽，能够容纳刮墨刀表面磨损产生的微小颗粒，减少了磨屑对刮墨刀表面的耕犁作用，从而进一步起到抗摩减磨的作用。因此本发明提出的一种织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀，可明显提高其刮墨刀的刮墨性能和耐磨性，提高了印品质量；而且还能延长刮墨刀寿命，减少了因换刀而造成的停机损失，可大大提高印刷机的工作效率，降低生产成本，增加企业的经济效益。减少了两接触表面的实际接触面积，即发生摩擦磨损的区域变小了，从而降低了摩擦系数。降低了黏着磨损倾向，从而减少了表面的摩擦与磨损。

进一步地，Sandvik 20C带钢因其密度和厚度稳定一致，与普通钢制或塑料合成材料的刀片相比，具有较好的疲劳强度和耐磨性，较好的硬度和延展性。

进一步地，刮墨刀刀刃与半圆形凹槽的夹角为锐角有利于排墨和刮墨均匀。

本发明提出的一种织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀的制备方法，制备方法简单，便于制备刮墨刀试样，采用丙酮、酒精或者去离子水超声清洗的目的是去除表面砂纸打磨过程产生的磨粒，避免在刮墨过程中形成颗粒磨损。

进一步地，对试样先后用不同目数的砂纸进行打磨，使试样表面的粗糙度逐渐降低，以提高试样加工前的表面精度。

进一步地，采用紫外纳秒激光器加工刮墨刀试样具有可控性性好、工艺参数调整方便、热影响区小、加工质量和加工效率高、环境污染小。

进一步地，对刮墨刀试样先采用W10金相砂纸进行表面毛刺、熔渣处理，能够提高表面的平整度；在金刚石抛光机上进行抛光处理，能够提高刮墨刀试样表面精度。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明的刮墨刀结构主视图图；

图2是现有刮墨刀结构俯视示意图；

图3是刮墨刀表面半圆形凹槽型平行织构局部放大图；

图4是刮墨刀表面半圆形凹槽织构截面形状局部剖视图。

其中：1-刮墨刀刃正面；2-刮墨刀刀片；3-刮墨刀刀垫；4-半圆形凹槽。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明提出的一种织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀，如图1和图2所示，刮墨刀包括刮墨刀刀刃1、刮墨刀刀片2、刮墨刀刀垫3和半圆形凹槽4；刮墨刀刀刃1、刮墨刀刀片2、刮墨刀刀垫3和半圆形凹槽4的材质均为Sandvik 20C带钢，其硬度为613HV～617HV，Sandvik20C带钢因其密度和厚度稳定一致，与普通钢制或塑料合成材料的刀片相比，具有较好的疲劳强度和耐磨性，较好的硬度和延展性。作为刮墨刀材料，可使刀片与网纹辊表面的磨损很小，刮墨操作稳定一致，能实现高速印刷。

刮墨刀结构为由刮墨刀刀片2与刮墨刀刀垫3形成的阶梯形结构，刮墨刀刀垫3的长度为15mm，刮墨刀刀垫3的厚度为1mm，刮墨刀刀片2的长度为5mm，刮墨刀刀片2的厚度为0.15mm。

刮墨刀刀刃1、刮墨刀刀片2、刮墨刀刀垫3和半圆形凹槽4之间的位置连接关系如下：刮墨刀刀刃1设置在刮墨刀刀片2的一端，刮墨刀刀垫3固定在刮墨刀刀片2的另一端，刮墨刀刀刃1上开设有半圆形凹槽4；其中，半圆形凹槽4有若干个；如图3和图4所示为半圆形织构4的截面图，半圆形织构相于其它截面形状的织构具有摩擦系数低，刮墨均匀和润滑性能良好等优点。刮墨刀刀刃1与半圆形凹槽4夹角为锐角有利于排墨和刮墨均匀。相邻织构槽中心线间的距离为织构间距。每个半圆形凹槽4之间的间距(S)为10mm～14mm，半圆形凹槽4的直径(d)为0.5mm，刮墨刀刀刃1与半圆形凹槽4的夹角(θ)表示为织构角度，角度为60°。

本发明提出的一种织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀的制备方法，包括以下步骤：

打磨试样后再采用丙酮、酒精或去离子水超声清洗试样15min后取出吹干；

对清洗后的试样进行加工，加工后的试样包括刮墨刀刀刃1、刮墨刀刀片2、刮墨刀刀垫3和半圆形凹槽4；打磨刮墨刀刀刃1、刮墨刀刀片2、刮墨刀刀垫3和半圆形凹槽4后再进行抛光处理15min，再将抛光后的刮墨刀刀刃1、刮墨刀刀片2、刮墨刀刀垫3和半圆形凹槽4放入装有无水乙醇的容器中清洗20min得到刮墨刀试样。

具体包括如下步骤：

刮墨刀织构化前处理，依次使用250#，600#，800#，1200#，1500#砂纸和W10金相砂纸打磨试样，使其表面粗糙度达到Ra0.1μm，然后采用丙酮，酒精或去离子水超声清洗刮墨刀试样15min后，取出用热风干燥待用。

对试样先后用不同目数的砂纸进行打磨，使试样表面的粗糙度逐渐降低，以提高织构化试样加工前的表面精度。采用丙酮、酒精或者去离子水超声清洗的目的是去除表面砂纸打磨过程产生的磨粒，避免在刮墨过程中形成颗粒磨损。

刮墨刀刀刃正面织构加工：采用美国PHOTONICS公司生产的DSH-355-10型紫外纳秒激光器在刮墨刀刀刃正面沿刮墨方向加工出直径d为0.5mm的半圆形凹槽，织构间距S为13mm，织构与刮墨刀刮墨面前端的夹角θ为60°。

对试样表面加工出的一些不同纹理结构的微型凹槽，以提高摩擦副表面的摩擦性能。采用紫外纳秒激光器加工刮墨刀刀刃正面半圆形沟槽具有可控性性好、工艺参数调整方便、热影响区小、加工质量和加工效率高、环境污染小。

织构化耐磨刮墨刀后处理：先用W10金相砂纸打磨刮墨刀刀刃1、刮墨刀刀片2、刮墨刀刀垫3和半圆形凹槽4去除表面熔渣，再使用0.5μm粒径的金刚石抛光剂，在抛光机上抛光15min。然后将抛光后试样块放入装有无水乙醇的量杯中，置于超声波清洗机内清洗20min。

对刮墨刀试样先采用W10金相砂纸进行表面毛刺、熔渣处理，以提高表面的平整度。然后在金刚石抛光机上进行抛光处理，以进一步提高刮墨刀正面的表面精度。

凹版印刷机织构化耐磨刮墨刀纳秒激光织构加工中，激光器的输出功率10～14W，重复频率为20～30kHz，激光扫描速度为1000m/s。

一种织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀的工作原理及工作过程如下：

刮墨刀主要应用于图文出版和包装行业的凹版印刷，刮墨刀的长度根据版辊的长度确定，一般比版辊常30～40mm，安装刮墨刀时，将刀垫固定在刀架上，保证刮墨刀刀片2和刮墨刀刀垫3，以及刀垫支撑板干净无异物，保证刀片加紧不松动，且要使刀刃接触线要与凹版滚筒的轴线平行。

本发明提出的一种织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀及制备方法，首次将仿生织构技术引入凹版印刷机刮墨刀正面，通过pareto优化求解，得到刮墨刀表面微织构的结构参数，实现刮墨刀微织构与凹版滚筒表面油墨压力的良好耦合协同，使刮墨刀与凹版滚筒之间的减摩抗磨特殊最优，实现印刷产品的高质量、高品质和印刷企业的高经济效益。

凹版印刷机刮墨刀表面微织构良好的减摩抗磨性能主要体现在以下几个方面：

1)、刮墨刀正面添加了微织构，凹坑或者沟槽形织构具有一定的容积，可以储存一定量的油墨。随着刮墨刀与印版滚筒的持续接触，当摩擦副接触区域不能得到充分润滑时，只要摩擦副接触表面的压力和相对摩擦速度达到一定条件，圆形槽织构中的油墨能够参与到润滑过程中来，特别是当摩擦副表面处于乏油状态时，表面织构中的油墨能够起到二次润滑、补油和匀墨的作用。

2)、由于表面织构的置入，减少了两接触表面的实际接触面积，即发生摩擦磨损的区域变小了，从而降低了摩擦系数。降低了黏着磨损倾向，从而减少了表面的摩擦与磨损。

3)、凹坑或者沟槽织构能够容纳刮墨刀表面磨损产生的微小颗粒，减少了磨屑对刮墨刀表面的耕犁作用，从而进一步起到抗摩减磨的作用。

4)、刮墨刀表面的微织构的作用原理与流体动压润滑轴承类似，在刮墨刀与印版滚筒相对运动过程中，增强了流体动压力，促进摩擦副表面形成动压润滑，提高表面承载力，降低摩擦系数，减小磨损。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀，其特征在于，包括刮墨刀刀片(2)，所述刮墨刀刀片(2)的一端设有刮墨刀刀刃(1)，所述刮墨刀刀片(2)的另一端固连有刮墨刀刀垫(3)；所述刮墨刀刀刃(1)上开设有半圆形凹槽(4)，所述半圆形凹槽(4)有若干个；

所述半圆形凹槽(4)与所述刮墨刀刀刃(1)的夹角为锐角。

2.根据权利要求1所述的织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀，其特征在于，每个半圆形凹槽(4)之间的距离为10mm～14mm，所述半圆形凹槽(4)的直径为0.2mm～0.7mm。

3.根据权利要求1所述的织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀，其特征在于，所述刮墨刀刀片(2)与所述刮墨刀刀垫(3)形成阶梯形结构。

4.根据权利要求1所述的织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀，其特征在于，所述刮墨刀刀刃(1)、刮墨刀刀片(2)和刮墨刀刀垫(3)均采用Sandvik 20C带钢制成。

5.根据权利要求1所述的织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀，其特征在于，所述刮墨刀刀垫(3)的长度为15mm，所述刮墨刀刀垫(3)的厚度为1mm。

6.根据权利要求1所述的织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀，其特征在于，所述刮墨刀刀片(2)的长度为5mm，刮墨刀刀片(2)的厚度为0.15mm。

7.根据权利要求1所述的织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀，其特征在于，刮墨刀采用浇铸方式制成。

8.采用权利要求1～7中任意一项所述的织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀的制备方法，包括以下步骤：

打磨试样后再采用丙酮、酒精或去离子水超声清洗试样15min后取出吹干；

对清洗后的试样进行加工，加工后的试样包括刮墨刀刀刃(1)、刮墨刀刀片(2)、刮墨刀刀垫(3)和半圆形凹槽(4)；打磨刮墨刀刀刃(1)、刮墨刀刀片(2)、刮墨刀刀垫(3)和半圆形凹槽(4)后再进行抛光处理15min，再将抛光后的刮墨刀刀刃(1)、刮墨刀刀片(2)、刮墨刀刀垫(3)和半圆形凹槽(4)放入装有无水乙醇的容器中清洗20min得到刮墨刀试样。

9.根据权利要求书8所述的织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀的制备方法，其特征在于，采用紫外纳秒激光器加工刮墨刀刀刃(1)、刮墨刀刀片(2)、刮墨刀刀垫(3)和半圆形凹槽(4)，紫外纳秒激光器加工的输出功率10～14W，重复频率为20～30kHz，激光扫描速度为1000m/s。

10.根据权利要求书8所述的织构化的凹版印刷机耐磨刮墨刀的制备方法，其特征在于，试样表面粗糙度达到Ra 0.1μm停止打磨；

采用W10金相砂纸打磨刮墨刀刀刃(1)、刮墨刀刀片(2)、刮墨刀刀垫(3)和半圆形凹槽(4)，再使用0.5μm粒径的金刚石抛光剂抛光刮墨刀刀刃(1)、刮墨刀刀片(2)、刮墨刀刀垫(3)和半圆形凹槽(4)。

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