NL9101971A - Metalen plaat ter vervaardiging van een diepdrukhuls en werkwijze ter vervaardiging daarvan. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Metalen plaat ter vervaardiging van een diepdrukhuls en werkwi j ze ter vervaardiging daarvan.

De uitvinding heeft betrekking op een metalen plaat, in het bijzonder geschikt voor de vervaardiging van een diepdrukhuls, omvattende een mechanisch graveerbare metaallaag.

Het is bekend dat bij het graveren in metaallagen, die zijn aangebracht op een ondersteuning zoals een steunwals, om een patroonconfiguratie te verkrijgen die bijvoorbeeld kan worden gebruikt in de diepdruksector van de grafische industrie, er een probleem kan ontstaan met betrekking tot de patroondefinitie als gevolg van de metaalsoorten en de eigenschappen daarvan, waaruit de te graveren laag is gevormd:

In het geval van zachte metaalsoorten zijn de bewerkings-randen van de aftekening van het graveergereedschap (bijvoorbeeld een hard metalen beitel of een diamant) rafelig en versmeren, waardoor de overgangen bewerkt/onbe-werkt "diffuus” zijn en de beeldkwaliteit slecht is. In het geval van harde metaalsoorten wordt weliswaar een goede patroondefinitie verkregen, doch heeft het graveergereedschap door slijtage een bijzonder korte, nuttige standtijd.

Dit leidt ertoe dat altijd naar een compromis moet worden gestreefd, waarbij de te bewerken metalen zodanige eigenschappen bezitten dat ze enerzijds een redelijke patroondefinitie verschaffen als resultaat van het mechanisch bewerken, doch anderzijds niet een zodanige hoge hardheid mogen bezitten, dat de standtijd van het toegepaste gereedschap onaanvaardbaar kort is. Een korte standtijd van het gereedschap is niet alleen kostbaar, doch kan ook leiden tot een slechte reproduceerbaarheid van het gevormde patroon.

Gevonden is nu een metalen plaat van het in de aanhef genoemde type die deze bezwaren ondervangt.

De metalen plaat volgens de uitvinding wordt hierdoor gekenmerkt dat op de mechanisch graveerbare metaallaag tenminste een hardere toplaag aanwezig is. Bij voorkeur is deze toplaag slijtvast, waarbij de mate van slijtvastheid gekozen wordt in afhankelijkheid van de gebruikssituatie.

Uiteraard moet de hechting van de toplaag aan de mechanisch graveerbare metaallaag goed zijn. Beide lagen mogen tijdens het mechanisch bewerken niet ten opzichte van elkaar loslaten.

Bij voorkeur bezit van het aanwezige mechanisch graveerbare systeem van lagen, de toplaag een materiaalrek van 0,1-5%, doelmatige ongeveer 2,5%. Wanneer de materiaalrek hoger is, is het materiaal te zacht, waardoor een scherp patroon niet of moeilijk is te verkrijgen. Wanneer de rek geringer is, is het materiaal te hard of te bros en zal weliswaar een goede patroondefinitie kunnen worden verkregen, maar dit ten koste van overmatige beitelslijtage. Aangenomen wordt, dat de struktuur van de graveerlaag van fijn-kristallijn tot amorf moet zijn. Doelmatig bezit de laag volgens de uitvinding aan het oppervlak een Vickers hardheid van ongeveer 400-1050, bij voorkeur 450-500, terwijl de dikte van de toplaag maximaal 15 μιη, bij voorkeur ongeveer 2 Mm is. De aanwezigheid van een dergelijke toplaag blijkt het aanbrengen van een patroon met een grote nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid, en de aanvaardbare standtijd van het graveergereedschap niet te beïnvloeden. De bovengrens van de dikte van de toplaag is in zoverre kritisch, dat wanneer deze grens wordt overschreden de hardheid van het materiaal een nadelige invloed zal gaan verkrijgen op het gereedschap en de standtijd daarvan zal bekorten, terwijl de graveerkwaliteit negatief zal worden beïnvloed.

Ter verkrijging van een reproduceerbare bewerking van het oppervlak bezit de toplaag bij voorkeur een uniforme dikte.

Een optimale reproduceerbaarheid van de beeldkwaliteit wordt in het bijzonder verkregen wanneer de toplaag bestaat uit een stroomloos af gezette laag van een metaal of de legering. Voorbeelden van een dergelijk metaal of legering zijn fosfor-nikkel, borium-nikkel, tin-nikkel, nikkel en nikkel-cobalt, waarbij de lagen hard zijn of thermisch hardhaar, zoals bekend van P-nikkel. Een aantal keramische soorten zoals titaan-nitride, boriumnitride en chroom-carbiden kunnen eveneens worden toegepast.

Uiteraard kunnen andere materialen en kombinaties van materialen eveneens worden toegepast, mits wordt voldaan aan de hierboven genoemde eisen voor hardheid en struktuur, zoals bijvoorbeeld chroom.

De toplaag kan echter eveneens door electrolytisch neerslaan zijn verkregen, maar ook zijn ion-implantatie technieken in principe bruikbaar om het gewenste graveerbare systeem van lagen te creëeren.

In dit verband kunnen naast ion-implantatie diverse moderne technieken worden genoemd, die zijn gebaseerd op energierijke straling waaronder het legeren van één of meer aangebrachte lagen met behulp van laserstraling. Verder kan, afhankelijk van het gewenste type, ook worden gewerkt met bijvoorbeeld CVD/PVD en plasma spuittechnieken.

Opgemerkt wordt dat de mechanische graveerbare metaallaag kan bestaan uit een betrekkelijk zacht materiaal, bijvoorbeeld een metaallaag met een Vickers hardheid van ongeveer 80 tot 350 en een lage rek. Voorbeelden daarvan zijn zacht nikkel, koper, aluminium, ijzer, diverse legeringen, zink, enzovoort

De graveerbare metaallaag kan echter eveneens tenminste gedeeltelijk bestaan uit een kunststof die uiteraard de hierboven aangegeven eigenschappen van hardheid en rek moet bezitten en, om de hardere toplaag aan te kunnen brengen, tevens metalliseer-baar zijn.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een samenstel ter vorming van een metalen konstruktie, geschikt voor toepassing in druksystemen, bestaande uit een drager en een metalen plaat, omvattende een mechanisch graveerbare metaallaag, die hierdoor wordt gekenmerkt dat de metalen plaat een metalen plaat volgens de uitvinding is. De vervaardiging van een gerede wals kan eenvoudig door opspannen van de onderhavige konstruktie op een drager in de vorm van een wals plaatsvinden.

Het graveren in de relatief zachte metaallaag die is voorzien van een dunne toplaag, geeft een patroondef initie zoals wordt verkregen met fijnkorrelige metaalsoorten, zoals hardkoper. Met betrekking tot de levensduur van het graveergereedschap, in casu een beitel of diamant, wordt echter met het samenstel van lagen volgens de uitvinding geen vermindering van de standtijd waargenomen. De verkregen beeldkwaliteit is dan ook bijzonder goed.

Opgemerkt wordt dat voor de relatief zachte, graveerbare metaallaag met een lage rek een laag van zacht nikkel, hardkoper, aluminium, zink, ijzer en diverse legeringen kan worden gekozen. De hardheid van deze laag bedraagt gewoonlijk in Vickers eenheden ongeveer 80 tot 350. Hoewel ten aanzien van de struktuur geen beperkingen gelden, zal het duidelijk zijn dat een fijnkristal-lijne struktuur een beter resultaat geeft dan grofkristallijn. Dit gegeven geldt zowel voor de drager (de basismetaallaag) als voor de toplaag, respektievelijk toplagen. De materiaalrek van de mechanisch graveerbare metaallaag is bij voorkeur kleiner dan 3%.

Overigens is het niet noodzakelijk dat de drager is voorzien van een afzonderlijke metalen plaat indien beiden zijn gevormd uit hetzelfde metaal of dezelfde legering. Een massieve drager, bijvoorbeeld een massieve wals zal dan uiteraard eveneens voldoen. De dikte van de mechanisch graveerbare metaallaag moet echter zodanig zijn dat door het graveren niet de onderliggende dragerwals wordt geraakt. Een dikte van de graveerbare metaallaag van ongeveer 50 Mm zal dan ook gewoonlijk voldoen, hoewel afwijkende dikten van bijvoorbeeld 100 μια of 25 Mm eveneens zonder bezwaar mogelijk zijn, uiteraard afhankelijk van het over te brengen patroon en de gewenste graveerdiepte.

Opgemerkt wordt dat in het kader van de uitvinding onder graveren wordt verstaan het mechanisch bewerken op basis van een verspanende bewerking met de ermee samenhangende mechanische vervorming onder toepassing van een vormgereedschap zoals een kraspen, beitel, diamant enzovoort.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een werkwijze ter vervaardiging van een samengestelde metalen plaat, in het bijzonder geschikt voor toepassing in druksystemen, waarbij men op een drager tenminste een mechanisch graveerbare metaallaag aanbrengt, die hierdoor wordt gekenmerkt dat men op de mechanisch graveerbare metaallaag voorts tenminste een toplaag aanbrengt met een hardheid die groter is dan de hardheid van de graveerbare metaallaag. De hechting van de toplaag op de mechanisch graveer-bare metaallaag moet uiteraard goed zijn; deze lagen mogen tijdens het mechanisch bewerken niet ten opzichte van elkaar loslaten. Bij voorkeur brengt men een slijtvaste toplaag aan.

De Vickers hardheid van de slijtvaste toplaag is bij voorkeur ongeveer 450-750, doelmatig 500-680, meer in het bijzonder ongeveer 650.

De dikte van de toplaag is in het bijzonder maximaal 10 Mm, bij voorkeur ongeveer 2 Mm.

Opgemerkt wordt dat wanneer de dikte van de toplaag groter is dan 15 μη er afhankelijk van de soort toplaag sprake kan zijn van een struktuur met voorkeurs-breuklijnen ten gevolge van dislocaties die in de kristalstruktuur aanwezig kunnen zijn, die het verkrijgen van een goede beeldkwaliteit negatief beïnvloedt. Bovendien is een dergelijke dikte te groot om de fijnere details aan te kunnen brengen tijdens het mechanisch bewerken en treedt alsnog het effekt op van overmatige beitelslijtage.

Volgens een bijzonder doelmatige uitvoeringsvorm brengt men de toplaag aan door stroomloze afzetting van een metaal of metaallegering. Een dergelijk proces bevordert het verkrijgen van een gelijkmatige dikteverdeling van de toplaag waardoor een uitstekende reproduceerbaarheid van de beeldkwaliteit wordt verkregen. Naast stroomloze afzettingen van fosfor-nikkel, kunnen eveneens met voordeel borium-nikkel, tin-nikkel, titaannitride, boriumnnitride en andere soortgelijke lagen worden toegepast, waarbij elke soort toplaag zijn eigen optimale laagdikte kent voor het maximale effekt in het kader van de uitvinding. De hechting van de toplaag aan de graveerbare metaallaag moet uiteraard goed zijn. Indien beide lagen tijdens het aanbrengen van een patroon van elkaar loslaten, zal het verkrijgen van een goede beelddef initie volgens de uitvindingsgedachte onmogelijk zijn.

De mechanisch graveerbare metaallaag kan bijvoorbeeld bestaan uit nikkel of aluminium. Ook is het gebruik van speciale kunststoffen niet uitgesloten voorzover zij in de aanmaak van een drukhuls metalliseerbaar zijn en thermisch en mechanisch stabiel. Gewoonlijk wordt deze laag aangebracht op een drager, doch het is uiteraard eveneens mogelijk dat een massieve metalen plaat of wals wordt toegepast. De dikte van de mechanisch graveerbare metaallaag wordt gekozen, afhankelijk van het over te dragen patroon en de gewenste patroondiepte. Gewoonlijk zal deze dikte ongeveer 50 jLtm zijn; dikte van de mechanisch graveerbare laag van bijvoorbeeld 25 μιη of 100 μιη kunnen echter doelmatiger zijn in bepaalde toepassingsvormen.

De toplaag zal bij voorkeur bestaan uit een stroomloze, hardbare nikkel- of nikkellegeringslaag of dunne chroomlaag. De Vickers hardheid daarvan is ongeveer 450-550, doch kan door het toepassen van een conventionele warmtebehandeling worden verhoogd tot ongeveer 1100. Ook kan verhoging van de hardheid tot stand gebracht worden op basis van deeltjes bombardement of behandeling met energierijke straling op basis van laser en/of magnetron.

Opgemerkt wordt dat de mechanisch graveerbare metaallaag doelmatig een Vickers hardheid van ongeveer 80-350 bezit. Aangezien in de metalen plaat volgens de uitvinding een bepaald, nauwkeurig gedefinieerd patroon moet worden aangebracht zal een metaallaag met fijnkristallijne struktuur een beter resultaat geven dan een metaallaag met een grove struktuur. Verder is gebleken dat uitstekende resultaten worden verkregen als de specificatie van de laag een kombinatie toont van een relatief lage hardheid in kombinatie met een lage rekwaarde. Voorzover er sprake is van een galvanisch aangebrachte laag zijn de aan het bad te stellen eisen, een hoog strooiend vermogen (egale laagdikte), een fijn kristallijne neerslagkwaliteit, thermisch resistent, de juiste Vickers hardheid ten opzichte van de grondlaag en lage rekwaarde (NiCo, NiP, NiSn, e.d.), en eventueel hardbaar in additionele procestrappen.

Tenslotte heeft de uitvinding eveneens betrekking op een wals voorzien van een door mechanisch graveren verkregen patroon, in het bijzonder geschikt voor toepassing in druk-systemen, omvattende een dragerwals en een metalen plaat, die wordt gekenmerkt doordat de metalen plaat een plaat volgens de uitvinding is.

De uitvinding zal hierna aan de hand van de volgende uitvoeringsvoorbeelden nader worden toegelicht.

VOORBEELD I

In dit voorbeeld ging men uit van een standaard diepdruk-huls met een dikte van ongeveer 300 μιη. De Vickers hardheid bedroeg ongeveer 450, terwijl de materiaalrek 7% was. Het oppervlak van deze huls werd onderworpen aan een warmtebehandeling met laserstraling, waardoor de oppervlakte laag met een dikte van 50-150 μιη een Vickers hardheid van 200-350 en een materiaalrek < 3% verkreeg.

Op de aldus verkregen diepdrukhuls werd volgens een stroomloze bekledingsmethode een laag fosfor-nikkel met een dikte van ongeveer 2 μιη af gezet. Deze toplaag bezat een Vickers hardheid van 450-500.

Het aldus verkregen metalen samenstel werd aan een mechanische graveerbewerking met een beitel onderworpen.

Thermische behandeling van het aldus gevormde samenstel gaf een harding van de toplaag tot een Vickers hardheid van 900-1000.

De gevormde patroonconfiguratie bezat niet de bekende nadelen, waarbij de bewerkingsranden van de aftekening rafelig zijn en versmeren waardoor een slechte beelddefinitie ontstaat. Bovendien leerde een onderzoek van de toegepaste beitel dat er geen sprake was van enig slijtagebeeld dat op termijn de levensduur daarvan zou kunnen beperken.

Opgemerkt wordt dat de verkregen beelddefinitie tenminste dezelfde was als die welke wordt verkregen door middel van conventionele graveersituaties.

VOORBEELD II

Vervaardiging van een diepdrukwals.

Op een wals van hard nikkel (Vickers hardheid 450) brengt men een koper laag aan met een dikte van 500 μια.

Op deze koperlaag brengt men een laag van stroomloos nikkel aan met een dikte van 2 μιη.

De Vickers hardheid van de stroomloze nikkelaag was 550.

Deze wals werd daarna in een gewenst patroon gegraveerd met behulp van een helioclychograaf. Door de aldus gevormde, gegraveerde wals te onderwerpen aan een warmtebehandeling (15 min., ± 800°C) werd de hardheid van de toplaag van stroomloos nikkel verhoogd tot 1050 Vickers. De slijtvastheid van de gerede wals wordt derhalve aanzienlijk verhoogd.

Claims (25)

1. Metalen plaat, in het bijzonder geschikt voor de vervaardiging van een diepdrukhuls, omvattende een mechanisch graveerbare metaallaag, met het kenmerk, dat op de mechanisch graveerbare metaallaag een hardere toplaag aanwezig is.

2. Metalen plaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de toplaag slijtvast is.

3. Metalen plaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de toplaag een materiaalrek bezit van 0,1-5%, bij voorkeur ongeveer 2,5%.

4. Metalen plaat volgens conclusie 1-3, met het kenmerk, dat de toplaag een Vickers hardheid van ongeveer 400-1050, bij voorkeur 450-500 bezit.

5. Metalen plaat volgens een of meer der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de toplaag een dikte van maximaal 15 μπι bij voorkeur ongeveer 2 μπι, bezit.

6. Metalen plaat volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de toplaag een uniforme dikte bezit.

7. Metalen plaat volgens een of meer der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de toplaag bestaat uit een stroomloos of electrolytisch afgezette laag van een metaal of legering.

8. Metalen plaat volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het stroomloos afgezette metaal of de legering wordt gekozen uit fosfor-nikkel, borium-nikkel, tin-nikkel, nikkel en nikkel-cobalt.

9. Metalen plaat volgens conclusie 1-6, met het kenmerk, dat de toplaag bestaat uit een keramisch materiaal, in het bijzonder gekozen uit titaan-nitride en boriumnitride en chroom-carbiden.

10. Metalen plaat volgens conclusie 1-9, met het kenmerk, dat de mechanisch graveerbare metaallaag een Vickers hardheid van ongeveer 80-350 bezit.

11. Metalen plaat volgens conclusie 1-10, met het kenmerk, dat de mechanisch graveerbare metaallaag een materiaalrek kleiner dan 3% bezit.

12. Metalen plaat volgens conclusie 1-11, met het kenmerk, dat de toplaag hardhaar is.

13. Metalen plaat volgens conclusie 1-12, met het kenmerk, dat de graveerbare metaallaag tenminste gedeeltelijk bestaat uit een kunststof.

14. Samenstel ter vorming van een metalen konstruktie, geschikt voor toepassing in druksysternen, bestaande uit een drager en een metalen plaat, omvattende een mechanisch graveerbare metaallaag, met het kenmerk, dat de metalen plaat een metalen plaat volgens een of meer der conclusies 1-13 is.

15. Werkwijze ter vervaardiging van een samengestelde metalen plaat, in het bijzonder geschikt voor toepassing in druksystemen, waarbij men op een drager tenminste een mechanisch graveerbare metaal laag aanbrengt, met het kenmerk, dat men op de mechanisch graveerbare metaallaag voorts tenminste een toplaag met een hardheid die groter is dan de hardheid van de graveerbare metaallaag aanbrengt.

16. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat men een slijtvaste toplaag aanbrengt.

17. Werkwijze volgens conclusie 15 of 16, met het kenmerk, dat de toplaag een Vickers hardheid van ongeveer 400-1050, bij voorkeur 450-500 bezit.

18. Werkwijze volgens conclusie 15-17, met het kenmerk, dat de toplaag een materiaalrek, van 0,1-5%, bij voorkeur ongeveer 2,5% bezit.

19. Werkwijze volgens conclusie 15-18, met het kenmerk, dat men de toplaag aanbrengt tot een dikte van maximaal 10 μιη, bij voorkeur ongeveer 2 μπι.

20. Werkwijze volgens conclusie 15-19, met het kenmerk, dat men de toplaag vormt door stroomloze of electrolytische afzetting van een metaal of metaallegering.

21. Werkwijze volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat het stroomloos af te zetten metaal of de metaallegering wordt gekozen uit fosfor-nikkel, borium-nikkel, tin-nikkel, nikkel-cobalt en nikkel.

22. Werkwijze volgens conclusie 15-20, met het kenmerk, dat men een toplaag, bestaande uit een keramisch materiaal aanbrengt.

23. Werkwijze volgens conclusie 22, met het kenmerk, dat het keramisch materiaal wordt gekozen uit titaannitride, boriumnitride en chroom-carbiden.

24. Werkwijze volgens conclusie 15-21, met het kenmerk, dat men de samengestelde metalen plaat onderwerpt aan een additionele behandeling ter verhoging van de hardheid van de toplaag.

25. Wals, voorzien van een door mechanische gravure verkregen patroon, in het bijzonder geschikt voor toepassing in druksystemen, omvattende een dragerwals en een metalen plaat, met het kenmerk, dat de metalen plaat een plaat is zoals is omschreven in een of meer der conclusies 1-13 of verkregen volgens een of meer der conclusies 15-24.