印刷压力基本概念

第一节 基本概念

一、印刷压力

　　常用的印刷机，按压印形式，可分为圆压平和圆压圆两种类型，前者的压印机构为圆柱形的滚筒，叫压印滚筒，印版安装在平面的装版台上；后者的压印机构也是压印滚筒，印版却装在圆柱形的滚筒上，叫印版滚筒。如果是胶印，在印版滚筒和压印滚筒之间，还需有1个圆柱形的橡皮滚筒。

　　压印滚筒(包括简体、包衬和承印材料)、印版滚筒(包括筒体、包衬和印版)、橡皮滚筒(包括筒体、包衬和橡皮布)通称为压印体。若采用圆压平式印刷机印刷，则装版台取代印版滚筒和筒体。

　　图2-1表示两个相互接触的压印体，假定O₂轴不动，而在O₁轴上有作用力P₁，P₁沿O₁O₂指向O₂，则在O₂处有约束反力P₂，P₂与P₁大小相等，方向相反。在力P₁、P₂的作用下，压印体变形，便形成了一个接触面，叫压力作用面，简称压印面。

 
图2-1　印刷压力与压力作用面

　　印刷压力一般指的是，油墨转移过程中压印体在压印面上所承受的压力，即沿压印面的法向，指向压印面的力。

　　为了表示压印面上一点的压力强度，可围绕该点取一个微小的面积△S，若作用在△S上的压力为P△S，则可用P△S近似地表示该点的压力强度，而用△S趋于零时p_△S/△S的极限

p_d=lim(p_△S/△S)

　　表示该点的压力强度，叫做该点的压强或比压。常用的单位为Pa(N/m²)。工程上习惯于把p_d叫做一点的压力。

　　一般地说，压印面上各点的压力Pd并不相同，即p_d是压印面上各点位置的函数，p_d在压印面面积S上的积分即是总压力p_s,显然，p_s与力p₁(或p₂)大小相等，即

p_s=∫p_d·dS　　　　　　　　（2-1）而压印面上的平均压力为 p_cp=p_s/S　　　　　　　　（2-2）
　　压印面可以足够精确地看成一个矩形平面，矩形的长边L等于压印体的有效长度，叫压印面长，并不随压力的大小而变化；矩形的短边b叫压印面宽度，随压力的大小而变化，参看图2-1。b一般只有几个毫米，而L一般要比b大2个数量级，所以压印面是个带状平面。如果与L比较，b可以忽略不计，则压印面由一个带状平面转化成一条长L的直线；在L上的平均压力P_L叫线压力 p_L=p_s/L　　　　　　　　（2-3）

　　上述有关印刷压力的概念(压印面上一点的压力p_d、总压力p_S、平均压力p_CP以及压印面上的线压力p_L)都有静态和动态之分。静态压力指的是，压印体在p₁、p₂的作用下合压并不运转时的印刷压力；动态压力指的是，压印体在p₁、p₂的作用下合压运转时的印刷压力。如果保持p₁、p₂恒定，动压力与静压力大小理应相等，不过，在机器运转过程中，考虑动压力的同时，必须考虑压印体之间的摩擦，以及由此带来的许多力学现象。

　　压印体的表面粗糙不平，制造、装配中不可避免有误差，只有在印刷压力的作用下，压印体表面才可能充分接触，进行油墨转移。所以，从根本上说，印刷压力的功能，就是强制地使压印体充分接触，以利于油墨的转移。但印刷压力并非愈大愈好，而是要适中。印刷压力过大，会加剧印版的磨损、增加印刷机的负荷，若用网线版印刷，还会因油墨的过分铺展而影响印刷品的阶调和颜色的再现；若用凸版印刷，则会造成印刷品背面出现凸痕甚至破损。印刷压力过小，会引起承印材料与油墨接触不良，转移墨量不足，印刷品墨迹浅淡不清，若用网线版印刷，甚至会造成印刷品高光部位的网点因着墨不良而丢失。

二、压缩变形

　　印刷压力保证压印表面充分接触的前提是，压印体(特别是压印体的表层)能够发生压缩变形。
　　图2-1中的两个压印体合压时最大压缩变形量λ_max为 λ_max=R₁+R₂-d　　　　　　　　（2-4）
　　式中的λ_max，在以后的章节中简写成λ，R₁、R₂分别是压印体1和压印体2的半径，d=O₁O₂是合压后压印体间的中心距。以圆压圆式的凸版印刷机为例，压印体1为压印滚筒，压印体2为印版滚筒，则有 R₁=r₁+δ₁ R₂=r₂+δ₂　　　　　　　　（2-4）

　　式中，r₁、r₂分别为压印滚筒和印版滚筒的筒体半径，δ₁为压印滚筒的包衬和承印材料的厚度，δ₂为印版滚筒的包衬和印版的厚度。

　　从图2-1中还可以看到，压印体的压缩变形量在压印面宽度的中点取得最大值λ，在宽度的两端为零，沿宽度按一定的规律分布。这种规律后面还要进一步讨论。印刷工艺中，十分关心最大压缩最λ的大小和取得λ的位置。因为λ的大小在很大程度上表征了印刷压力和压缩变形的水平，而取得λ的位置又在一定程度上表明了印刷压力和压缩变形的分布规律。

　　在一定的外力作用下，材料的变形取决于材料的力学性质，即主要取决于弹性模量、泊松比、屈服极限、粘度等材料常数；而对于一定的材料，作用力与变形之间存在着固定的关系，即所谓本构关系。压印体也是这样，在一定的印刷压力作用下，压印体变形将取决于材料的性质。

　　圆压平印刷机的装版台、压印滚筒的筒体以及圆压圆印刷机压印体的筒体都是金属制成的，都有很高的刚度，印刷压力作用下的变形很小，在压印体的变形分析中可以忽略不计，即将所有的筒体都看成是刚性的圆筒，装版台则是刚性的平台。因此，压印体的压缩变形可视为由承印材料、印版、包衬和橡皮布的压缩变形组成的。承印材料一般比较薄，相对变形不一定很小，但绝对就形很小；印版多为金属材料制成，变形也很小；只有包衬和橡皮布的变形很大，因此，分析压印体和压缩变形主要是分析包衬和橡皮布的压缩变形。

　　包衬和橡皮布都是复合材料，包衬由纸板、毛呢、橡皮布等材料叠合而成；橡皮布由多层棉布骨架和胶层粘合而成。包衬和橡皮布在外力作用下，不仅产生很大的变形，而且表现出复杂的弹性行为和塑性行为。

　　最后要指出，压印面宽度ｂ与最大压缩量λ有确定的关系，而λ与ｂ又都与印刷压力有关，所以，可以用λ和ｂ间接地表示印刷压力，特别是在印刷工艺中，压力的控制主要是通过调节包衬达到的，而λ和ｂ的大小主要取决于包衬和橡皮布的压缩变形。

三、印刷压力的测定

　　直接表示印刷压力的p_s、p_d、p_cp、p_L和间接表示印刷压力的λ、ｂ，测定和计算都是采用工程技术中的通用方法。下面只作简要的介绍。

　　压力p_d的测定多采用电测方法。电测系统包括压电晶体传感器、直流电荷放大器、示波器等。传感器安置在采样部位，将压力值转变为电信号，经电荷放大器放大，由示波器记录下来。这种测定一点压力p_d的技术关键是安置传感器，动态测试较为困难，测得的p_d是一个微小面积上的平均压强，近似地表示一点的压力。

 
图2-2　两种测定总压力的方法
(a)利用回转偏心套机构测定　　　　(b)利用电阻应变仪测定

　　总压力p_s的测定即是测定图2-1中作用在压印体转轴上的力p1或p2。一方面，p₁、p₂会引起压印滚筒的偏移，产生一定的偏心量(有些印刷机的压力控制正是通过调节这个偏心量的大小实现的)，利用回转偏心套机构和油泵，便可测出由偏心量引起的力，即是总压力pｓ。另一方面，p₁、p₂还会引起滚筒轴承支架的变形，电测这个变形，也可推算出总压力pｓ，所用到的测试仪器也只有电阻应变片、应变仪等常用仪器。上述二种测定总压力p_s的方法如图2-2所示。

　　图2-1中所示最大压缩量λ的测定方法比较简单，只要用卡尺、筒径仪等量具量得R₁、R₂、(r₁、r₂、δ₁、δ₂)和d代入(2-4)、(2-5)式，就可计算出λ来。但要精确地测量R₁、R₂、r₁、r₂、δ₁、δ₂、d等，却很不容易，原因是所有的压印体都容易变形。λ是地个压印体合压后各自产生的最大压缩量λ₁和λ₂之和，直接测定λ₁和λ₂很不方便，但从图2-1中由λ推算出λ₁和λ₂并不困难。

　　压印面宽度b的测定常用所谓“压杠法”，做法是：如果是平版印刷，使滚满油墨的印版滚筒与橡皮滚筒合压，或者使滚满油墨的橡皮滚筒与压印滚筒合压；如果是凸版印刷，使滚满油墨的印版滚筒与压印滚筒合压，点动机器便会在橡皮滚筒或压印滚筒上留下带状的压痕，测量其宽度即是相应压印面宽度b。

　　与城市印体压缩变形相关的因素很多，λ和b的测定都没有良好的重复性，并不能准确地表示印刷压力，不过λ与b都有直观易测的优点，常用来做为印刷压力的比较数据。