Определение технологических параметров несимметричного потока тиксотропной жидкости

УДК 655.346

С. Н. ЛИТУНОВ Ю. Д. ТОЩАКОВА Н. В. ЕРКОВИЧ Е. В. ЯКОВЛЕВА

Омский государственный технический университет

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НЕСИММЕТРИЧНОГО ПОТОКА ТИКСОТРОПНОЙ ЖИДКОСТИ

Проведен натурный эксперимент по определению температуры как технологического параметра в несимметричном потоке тиксотропной жидкости на примере красочного ящика офсетной печатной машины с активатором пассивного типа. В качестве изменяемых параметров, влияющих на температуру, учитывали вязкость краски, диаметр активатора и количество краски в красочном ящике. Получены зависимости температуры от изменяемых параметров. Ключевые слова: тиксотропная жидкость, офсетная печать, красочный ящик, перемешивание краски, активатор.

Введение. Качество оттиска при печати способом офсетной печати во многом зависит от работы красочного аппарата. Важным фактором, влияющим на качество печатного оттиска, является стабильная подача краски в раскатную группу питающей группой. Одно из условий стабильной подачи краски заключается в отсутствии ее структурирования в красочном ящике печатной машины. Появление областей структурированной краски приводит к неравномерному ее поступлению в раскатную группу [1].

Проведенные вычислительные и натурные эксперименты показали, что в красочном ящике офсетной печатной машины структурируется более 20 % всего объема краски [2, 3]. Такой объем структурированной краски негативно сказывается на качестве печатной продукции. Для борьбы с этим явлением печатник во время работы машины периодически перемешивает краску шпателем, что увеличивает физическую нагрузку на печатника.

Для устранения структурирования краски используют автоматические мешалки, которые представляют собой механические устройства с вешним приводом. На рис. 1 показаны примеры таких устройств. Наиболее часто применяются стержневые мешалки. Стержень, погруженный в краску, периодически перемещается с помощью пневмоци-линдра вдоль красочного ящика, разрушая область структурирования краски. Устройством управляет микропроцессорное устройство. Существуют также конические мешалки, в которых конусы расположены перпендикулярно оси дукторного цилиндра и вращаются вокруг своей оси посредством зубчатой рейки, приводимой в движение от привода машины. В литературе встречается описание перемешивающего устройства с пластинами, которые движутся возвратно-поступательно вдоль дукторно-го цилиндра от электродвигателя, реверсируемого при помощи переставных упоров и конечного выключателя [4 — 6]. Недостатками таких устройств

являются применение внешнего источника энергии, сложность изготовления и высокая стоимость конструкции.

Для перемешивания краски предложены устройства, названные активаторами пассивного типа [7—12]. Эти устройства работают за счет сил вязкого трения и не требуют применения внешнего привода. Наиболее простым и технологичным является активатор в виде гладкого стержня, который погружают в краску перед началом работы [13]. За счет сил вязкого трения активатор погружается в краску и начинает вращаться вместе с ней. При этом вращающийся активатор создает дополнительные течения, которые не дают образовываться структуре в краске.

Несмотря на наличие в краске, работающей без активатора, зон структурирования, существуют и сдвиговые течения, в результате чего температура краски повышается.

Активатор, погруженный в краску, разрушает структуру и увеличивает скорость течения. Это позволяет предположить, что при использовании активатора температура краски будет больше, чем без активатора. При этом на температуру краски в красочном ящике оказывают влияние количество краски, ее вязкость и диаметр активатора. Целью эксперимента является получение зависимостей температуры от указанных параметров.

Проведение эксперимента. Для проведения натурного эксперимента применяли специально изготовленный макет (рис. 2), состоящий из красочного ящика печатной машины и мотор-редуктора. Скорость вращения выходного вала редуктора была постоянной и составляла 2 об/с.

В качестве активаторов использовали трубки из полипропилена диаметром 20, 30, 40 мм, закрытые герметично с торцов. Полипропилен — материал легкий и прочный, он химически стоек к большинству растворителей.

о

го

Рис. 1. Автоматические мешалки краски: стержневая

Рис. 3. Зависимость вязкости от температуры: 1 — красная смесевая PANTONE Red 032 (Sun Chemical,

США); 2 — голубая триадная Quickson

Для исследования применяли офсетные печатные краски: оранжевую смесевую Sicolor orange (производство «Druckfarben», Германия), голубую триадную Quickson (Компания VAN SON, Голландия), красную смесевую PANTONЕ Red 032 («Sun Chemical», США). Вязкость красок, измеренная с помощью стержневого вискозиметра ПВК [14]. На рис. 3 показана зависимость вязкости указанных красок от температуры.

С целью экономии расходных материалов для проведения опытов использовали только часть красочного ящика длиной 100 мм, для чего в нем устанавливали дополнительную стенку (рис. 4а). Вес каждой краски, использовавшейся для измерений, определяли с помощью цифровых весов марки ED-H (КНР).

Для изменения температуры краски в красочном ящике использовали измеритель температуры ИТП-11 (ЗАО «Эталон», Россия), который позволяет сохранять результаты измерений во внутренней энергонезависимой памяти и передавать их для дальнейшей обработки в ЭВМ. Прибор оснащен термопарами, выполненными по ГОСТ Р 8.585-2001. Точность измерения прибора 0,10С.

На первом этапе проведения экспериментов было сделано предположение, что температуры краски в глубине течения и на его поверхности будут существенно различаться, поэтому термопару установили в месте сужения между дукторным цилиндром и ракелем, проделав в ракеле отверстие (рис. 4б).

Эксперимент проводили в следующей последовательности:

1. Заполняли красочный ящик краской. Охлаждали краску и красочный ящик до температуры помещения.

2. Опускали в краску активатор, включали электромотор.

3. С помощью прибора ИТП-11 измеряли температуру краски до тех пор, пока температура не становилась постоянной.

4. Результаты измерений обрабатывали с помощью ЭВМ.

Результаты, обсуждение, выводы. На рис. 5а, 5б, 5в показана зависимость температуры для разных красок от времени с активатором и без него. Количество краски принималось в процентах от исходного количества (116 г). Из рис. 5а, 5б, 5в видно, что температура растет до некоторой величины Tconst и далее остается постоянной для данных условий (скорость вращения дукторного цилиндра, температура окружающей среды и вязкость краски).

100 мм

X

Рис. 4. Схема расположения термопары: 1 — дукторный цилиндр; 2 — ракель; 3 — краска; 4 — термопара; 5 — измерительный прибор; 6 — активатор; 7 — стенка

«

а

^

н «

а <и С

<и Н

27 25 23 21 19 17 15

4 3

2 1

0 5 10 15 20 25 30

Время, мин

а

27

и 25

о

* 23 а

^ 21

«

а <и С

<и Н

19 17 15

0 5 10 15 20 25 30 Время, мин

б

и Н

31 29 27 25 23

и

о (Я

а

^

н «

¡1 21

19 17 15

0 5 10 15 20 25 30

Время, мин

в

Рис. 5. Зависимость температуры краски в красочном ящике от времени вращения дукторного цилиндра для красок: а —оранжевой; б — голубой; в — красной. 1 — без применения активатора; 2 — с применением активатора 20 мм; 3 — с применением активатора 30 мм; 4 — с применением активатора 40 мм

Время достижения Тс имеет обратную зависимость от диаметра активатора, что объясняется большим выделением тепла от действия диссипа-тивных сил при интенсивном перемешивании краски активатором. Так, для оранжевой краски время достижения Тс составляет 23 мин без активатора и 21 мин с активатором диаметром 40 мм. Для го-

лубой и красной краски время достижения Тс составляет 25 и 23 мин, 23 и 22 мин соответственно. Разница во времени достижения Тсош1 для оранжевой краски составляет 8,7 %, для голубой 8 %, для красной 4,3 %. Указанные величины позволяют сказать, что активаторы не оказывают существенного влияния на Т .

о

го

7

2

6

б

а

5 10 15 20 25 30 Время, мин

5 10 15 20 25 30

Время, мин

б

Рис. 6. Зависимость температуры краски от ее количества без активатора (а), с активатором (б). 1 — заполнение объема красочного ящика 30 %; 2 — заполнение объема красочного ящика 75 % 3 — заполнение объема красочного ящика 100 %

При использовании активатора наблюдается прямая зависимость Tconst от его диаметра. При использовании активатора диаметром 40 мм Tconst составляет 21, 25, 31 0 С для оранжевой краски, голубой и красной краски соответственно.

Также были проведены опыты по определению зависимости температуры краски от объема заполнения красочного ящика при использовании активатора и без него. В качестве испытуемой выбрали голубую краску. Результаты опытов показаны на рис. 6а, 6б.

По результатам опытов была обнаружена обратная зависимость T от количества краски

1 const 1

в красочном ящике, то есть температура краски при максимальном заполнении красочного ящика была ниже, чем при минимальном. Использование активатора повышает T .. Так, при минимальном ко-

const

личестве краски без активатора Tconst = 27,4 0С, при максимальном T . = 25,4 0С. При максимальном

const

количестве краски с активатором T = 27,5 0С,

const

при минимальном T . = 29,2 0С.

const

Во время проведения всех опытов различия температуры краски в глубине течения и на его поверхности обнаружено не было, что позволяет упростить их проведение.

Полученные зависимости позволяют провести лишь качественный анализ, так как при проведении опытов не учитывались такие важные факторы, как теплопроводность, теплоемкость испытуемых красок, размеры красочного ящика, частота вращения дукторного цилиндра.

Таким образом, имеет место прямая зависимость T при постоянном количестве краски

const

в красочном ящике печатной машины от диаметра активатора. В то же время наблюдается обратная зависимость T от количества краски в красоч-

const

ном ящике независимо от диаметра активатора. Наличие активатора на величину Tconst существенного влияния не оказывает.

Библиографический список

1. Технология печатных процессов / А. Н. Раскин [и др.]. — М. : Книга, 1989. - 432 с.

2. Литунов, С. Н. Натурный эксперимент по определению квазитвердого тела в красочном ящике офсетной машины /

С. Н. Литунов, Ю. Д. Тощакова // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. — 2015. — № 1. — С. 36 — 42.

3. Литунов, С. Н. О влиянии касательных напряжений на перемешивание краски / С. Н. Литунов, О. А. Тимощенко // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. — 2014. — № 3 (133). — С. 246 — 250.

4. Печатное оборудование / В. П. Митрофанов [и др.]. — М : МГУП, 1999. — 442 с.

5. Тюрин, А. А. Печатные машины / А. А. Тюрин. — М. : Книга, 1966. — 460 с.

6. Патлах, В. В. Офсетная печать, офсет / В. В. Патлах // Энциклопедия технологий и методик. — Режим доступа : http://patlah.ru/etm/etm-01/teh%20reklama/poligraf/pechat_ о!5е^ре(Ла^о15еМ4.Ыт (дата обращения: 18.01.2016).

7. Пат. 142412 Российская Федерация, МПК В 41 Б 31/00. Красочный аппарат / Литунов С. Н., Тимощенко О. А. ; заявитель и патентообладатель Омский гос. техн. ун-т. — № 2013154370/12 ; заявл. 06.12.2013 ; опубл. 27.06.2014, Бюл. № 18. — 1 с.

8. Пат. 141599. Российская Федерация, МПК В 41 Б 31/00. Красочный аппарат / Литунов С. Н., Тимощенко О. А. ; заявитель и патентообладатель Омский гос. техн. ун-т. — № 2013153443/12 ; заявл. 02.12.2013 ; опубл. 10.06.2014, Бюл.

№ 16. — 2 с.

9. Пат. 122334 Российская Федерация, МПК В 41 Б 31/00. Красочный аппарат / Литунов С. Н., Пруд И. В., Титов Ю. В. ; заявитель и патентообладатель Омский гос. тех. ун-т. — № 2012128620/12 ; заявл. 06.07.12 ; опубл. 27.11.12, Бюл. № 33.

10. Пат. 127680 Российская Федерация, МПК В 41 Б 31/00. Красочный аппарат / Литунов С. Н., Титов Ю. В., Титов А. В., Пруд И. В. ; заявитель и патентообладатель Омский гос. тех. ун-т. — № 2012128620/12 ; заявл. 20.11.12 ; опубл. 10.05.13, Бюл. № 13.

11. Пат. 139108 Российская Федерация, МПК В 41 Б 31/00. Красочный аппарат / Литунов, С. Н., Тимощенко О. А. ; заявитель и патентообладатель Омский гос. тех. ун-т. — № 2012128620/12 ; заявл. 19.11.2013 ; опубл. 10.04.2014. Бюл. №. 10.

12. Пат. 129047 Российская Федерация, МПК В 41 Б 31/00. Красочный аппарат / Литунов, С. Н., Тимощенко О. А. ; заявитель и патентообладатель Омский гос. тех. ун-т. — № 2012128620/12 ; заявл. 19.12.12 ; опубл. 20.06.13, Бюл. № 17.

13. Заявка 2012123203/12 Российская Федерация, МПК В41Б 31/00. красочный аппарат / Литунов С. Н., Пруд И. В.,

0

0

Заживихина Н. А. ; заявитель Омский гос. тех. ун-т. — № 2012123203/12 ; заявл. 05.06.2012 ; опубл. 10.12.2013, Бюл. № 34.

14. Шахкельдян, Б. Н. Полиграфические материалы / Б. Н. Шахкельдян. - М. : Книга, 1988. - 330 с.

ЛИТУНОВ Сергей Николаевич, доктор технических наук, доцент (Россия), профессор, заведующий кафедрой «Оборудование и технологии полиграфического производства».

ТОЩАКОВА Юлия Дмитриевна, аспирантка кафедры «Оборудование и технологии полиграфического производства».

ЕРКОВИЧ Надежда Васильевна, студентка гр. ТП-151 нефтехимического института. ЯКОВЛЕВА Екатерина Владимировна, студентка гр. ТП-151 нефтехимического института. Адрес для переписки: toschakova.julia@mail.ru

Статья поступила в редакцию 06.02.2016 г. © С. Н. Литунов, Ю. Д. Тощакова, Н. В. Еркович, Е. В. Яковлева

УДК 621.92.02

А. Ю. ПОПОВ И. А. БУГАЙ А. А. ЕЖОВ Ю. В. ТИТОВ М. А. ПЕСКОВ А. В. ЕЛИСЕЕВА

Омский государственный технический университет

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВТОРИЧНОГО РЕСУРСА МНОГОГРАННЫМ ТВЕРДОСПЛАВНЫМ ПЛАСТИНАМ

В данной статье представлен один из перспективных методов повышения экономической эффективности использования сменных твердосплавных пластин, а также осуществляется выбор основных геометрических параметров режущих пластин. Производится анализ твердосплавных пластин по типу износа. Ключевые слова: режущий инструмент, режущие пластины, виды износа, переточка, реновация.

На сегодняшний день в промышленности не обойтись без лезвийной обработки. Режущий инструмент — это неотъемлемая часть обрабатывающего оборудования. Он является главным элементом при обработке изделий на станках. Основная масса применяемого инструмента относится к лезвийному классу. Этот класс, в свою очередь, можно разделить на 3 группы:

1. Цельный металлорежущий инструмент — крепёжная часть инструмента (державка) является единой цельной деталью с режущим элементом.

2. Составной металлорежущий инструмент — режущая часть приваривается или припаивается к крепежной части.

3. Сборный металлорежущий инструмент — режущий и крепёжный элементы соединяются с помощью болтов, винтов, клиньев и т. п.

Именно сборные инструменты со сменными режущими пластинами занимают большую часть всего инструментария. Это связано с тем, что один и тот же инструмент применяют для обработки различных видов материала путем замены твердо-

сплавной пластины, а также осуществлять замену изношенной пластины на новую.

Основная проблема применения такого инструмента связана с износом сменной твердосплавной пластины (СТП). Интенсивность изнашивания зависит от множества факторов: свойств инструментального и обрабатываемого материалов, режимов резания, геометрических параметров инструмента, применения смазочно-охлаждающих жидкостей. Существуют семь основных типов износа пластин [1]:

1. Износ по задней поверхности. Происходит равномерно по всей длине режущей кромки. Причинами такого износа могут быть трение при низких скоростях резания и химические реакции между материалами при высоких скоростях резания (рис. 1).

2. Лункообразование происходит в результате нагрева или химической реакции, при которых пластина фактически растворяется в стружке от заготовки. К образованию лунок на пластинах приводит сочетание диффузии и абразивного износа (рис. 2).

о

го