ГОСТ 19300-86 Средства измерений шероховатости поверхности профильным методом. Профилографы-профилометры контактные. Типы и основные параметры – скачать бесплатно

ОСНОВНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ ПРОФИЛОМЕТРА И ПРОФИЛОГРАФА

3.1.
Предел допускаемой основной погрешности профилометра ( D Ra ,
D Rmax ,
D Rz ,
D tp ) для профиля,
близкого к трапецеидальному, с шагом, не превышающим 0,25 l в ,
при измерении параметров шероховатости поверхности Ra , Rmax ,
Rz и
tp определяют по формулам:

D Ra = а × Ra в.п b × Ra ,                                                                (2)

D Rmax = а × Rmax в.п b × Rmax ,                                                        (3)

D Rz
= a × Rz в . п
b × Rz,                                                               (4)

D tp
= a × tp в . п
b × tp,                                                                (5)

где       а
и b
– постоянные коэффициенты;

            Ra в.п ,
Rmax в.п ,
Rz в.п
и tp в.п
– верхний предел поддиапазона по параметрам Ra , Rmax ,
Kz и tp соответственно.

Значения
коэффициентов а и b в зависимости от степени точности
прибора приведены в табл. 3.

Таблица 3

Параметр шероховатости поверхности

а

b

a

b

1

2

R

0,02

0,04

0,03

0,06

Rmax, Rz

0,03

0,05

0,06

0,08

tp

0,08

0,02

0,10

0,03

Предел
допускаемой основной погрешности профилометра ( D Sm ,
D S ) при
измерении параметров шероховатости поверхности Sm и
S определяют по формулам:

D Sm
= а × Sm в . п
b × Sm,                                                      (6)

D S
= а × S в . п
b × S ,                                                          (7)

где       Sm в.п и S в.п
– верхний предел диапазона измерения по
параметрам Sm и S соответственно.

Значения
коэффициентов а и b :

а
= 0,02 – 1-й степени точности;

а
= 0,03 – 2-й степени точности;

b
= 0,10 – 1-й степени точности;

b
= 0,15 – 2-й степени точности.

Предел
допускаемой основной погрешности D y профилографа на профиле, близком к
трапецеидальному, определяют по формуле

D y
= a × y в . п
b × y ,                                                            (8)

где       увп
– верхний предел поддиапазона, соответствующего выбранному значению
вертикального увеличения;

            у
– максимальная по абсолютному значению ордината профиля по
профилограмме.

Значения
коэффициентов а и b :

а
= 0,02 – 1-й степени точности;

а
= 0,04 – 2-й степени точности;

b
= 0,03 – 1-й степени точности;

b
= 0,05 – 2-й степени точности.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

2.1.
Параметры ощупывающей системы
профилографа-профилометра

2.1.1. Рабочая часть щупа должна
соответствовать ГОСТ 18961-80.

2.1.2.
Максимальные значения статического измерительного усилия и постоянной изменения
измерительного усилия следует выбирать в зависимости от радиуса щупа. Они не
должны превышать значений, указанных в табл. 1.

Таблица 1

Номинальное значение радиуса кривизны вершины щупа, мм

Максимальное значение статического измерительного
усилия, Н

Максимальное значение постоянной изменения
измерительного усилия, Н/м

0,002

0,0007

35

0,005

0,004

200

0,010

Допускается
увеличение статического измерительного усилия до 0,016 Н для профилометров с наименьшим
значением измеряемого параметра Ra не
менее 2 мкм, для профилографов с наименьшим значением ординаты профиля не менее
1,5 мкм, а также для датчиков, предназначенных для измерений, при которых игла
датчика не направлена вертикально вниз.

2.1.3.
В профилографах-профилометрах, имеющих датчик с опорой на измеряемую
поверхность, радиус кривизны рабочей части опоры в плоскости, перпендикулярной
контролируемой поверхности и параллельной направлению движения датчика, должен
быть не менее пятидесяти значений максимальной отсечки шага.

Примечание . При измерении
с отсечкой шага 2,5 мм и более предпочтительнее использовать вспомогательную
направляющую поверхность.

2.1.4.
Параметр шероховатости Rz рабочей поверхности опоры не должен
превышать 0,1 мкм.

2.1.3,
2.1.4. (Измененная редакция, Изм. № 1).

2.1.5.
Усилие воздействия опоры датчика на контролируемую поверхность не должно
превышать 0,5 Н.

2.2.
Параметры системы преобразования
профилометра

2.2.1. Диапазон измерения параметра Ra : отношение верхнего предела измерения к
нижнему должно быть не менее 2000 для приборов типа I , не менее 200 – для приборов типа II и не менее 100 – для приборов типа III .

(Измененная
редакция, Изм. № 1).

2.2.2.
Значение отсечек шага выбирают из ряда: 0,025; 0,08; 0,25; 0,8; 2,5; 8; 25,0
мм.

2.2.3. Набор отсечек шага должен обеспечивать
измерение параметров шероховатости поверхности в диапазоне, установленном ГОСТ 2789-73 .

2.2.4.
Минимальное значение верхнего предела диапазона длин участков измерения должно
быть не менее пяти значений отсечек шага для данного профилометра. В случае
максимальных значений отсечек шага минимальное значение верхнего предела
диапазона длин участков измерения допускается не менее двух значений отсечек
шага.

2.2.5.
Номинальную амплитудно-частотную характеристику (без учета влияния радиуса
кривизны вершины щупа) определяют из уравнения

ГОСТ 19300-86 Средства измерений шероховатости поверхности профильным методом. Профилографы-профилометры контактные. Типы и основные параметры - скачать бесплатно ,                                                            (1)

где       К – длина волны синусоидального входного
сигнала;

            l в
– отсечка шага.

2.2.4,
2.2.5. (Измененная редакция, Изм. № 1).

2.2.6.
Номинальные значения и допустимые отклонения амплитудно-частотной
характеристики от номинальной для дискретных значений l / l в
приведены в табл. 2.

Таблица 2

l / l в

K min

K ном

K max

степень точности

степень точности

1

2

1

2

0,1

0,97

0,95

1,00

1,03

1,05

0,2

0,95

0,94

0,99

1,02

1,04

0,5

0,88

0,86

0,92

0,96

0,98

1,0

0,70

0,67

0,75

0,80

0,83

1,5

0,52

0,49

0,57

0,62

0,65

2.2.7.
Профилометр необходимо оснащать мерой (или комплектом мер), служащей для
настройки показаний прибора в процессе эксплуатации. Профиль меры должен быть близким
к трапецеидальному, параметр S m меры в направлении, перпендикулярном направлению рисок, не
должен превышать 0,25 l в .

2.3.
Параметры системы преобразования
профилографа

2.3.1. Диапазон номинальных значений
вертикального увеличения: отношение максимального увеличения к минимальному
должно быть не менее 1000 для профилографов типа I , не менее 100 – для профилографов типа II и не менее 50 – для профилографов типа III .

2.3.2.
Номинальные значения вертикальных увеличений выбирают из ряда: 10; 20; 50; 100;
200; 500; 1000 и т.д.

2.3.1,
2.3.2. (Измененная редакция, Изм. № 1).

2.3.3. Диапазон номинальных значений
горизонтального увеличения: отношение максимального увеличения к минимальному
должно быть не менее 50.

2.3.4.
Номинальные значения горизонтальных увеличений выбирают из ряда: 1; 2; 5; 10;
20; 50 и т.д.

2.3.5.
Номинальная амплитудно-частотная характеристика (без учета влияния щупа) должна
быть прямой линией, параллельной оси длин волн, в диапазоне длин волн, нижний
предел которого составляет 3 мкм.

2.3.6.
Допускаемые отклонения горизонтальных увеличений от номинальных значений не
должны превышать ± 5 % для профилографов 1-й степени точности и ± 10 % для
профилографов 2-й степени точности.

Использование контактной и бесконтактной профилометрии для исследования поверхности оттисков металлографской печати

УДК 655.3.066.364

Т. Ю. Киричек, Е. В. Коротенко

Издательско-полиграфический институт Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского»

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОНТАКТНОЙ И БЕСКОНТАКТНОЙ ПРОФИЛОМЕТРИИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ОТТИСКОВ

МЕТАЛЛОГРАФСКОЙ ПЕЧАТИ

Исследованы возможности применения двух различных профилометрических методов для изучения влияния технологических параметров металлографской печати на качество воспроизводимых штрихов путем измерения основных параметров рельефа поверхности образцов. В бесконтактном методе для получения трехмерной цифровой модели поверхности использовали бесконтактный интерференционный 3Б-профилометр Мюгоп-а1рЬа. Контактная профилометрия проводилась с применением модуля для измерения фасонных профилей, собраного на основе профилометра модели 296. Результатом исследования стал анализ факторов влияния на толщину красочного слоя в металлографской печати.

Ключевые слова: профилометрия, интерференционная профилометрия, металографская печать, толщина красочного слоя.

T. Yu. Kirichek, Ye. V. Korotenko

Institute of Publishing and Printing National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”

USAGE OF CONTACT AND NONCONTACT PROFILOMETRICAL METHODS FOR INVESTIGATION OF INTAGLIO PRINTING SURFACES

The potentials of two different profilometrical methods for investigation of the influence of intaglio printing process parameters on the quality of strokes reproduced by measuring basicsample topography parameters are studied. In the noncontact profilometrical method for 3D modelling a noncontact 3D interference profilometer Micron-alpha was used. Contact profilometry was carried out with the module for measurement of shaped structures compiled on the basis of mod. 296 profilometer. The result of the study is the analysis of the factors influencing on the thickness of the ink layer for intaglio printing.

Key words: profilometry, interfere profilometry, intaglio printing, ink layer thickness.

Введение. Металлографская печать (интаг-лиопечать) используется главным образом в защищенной полиграфии и является одним из обязательных методов защиты банкнот во многих странах мира [1, с. 70-71]. Процесс металлографской печати включает этапы: 1) краска вязкостью 0,1-10,0 Пас при температуре 25 °С и скорости сдвига 1000 с-1 [2] с красочного ящика, в котором поддерживается температура 17-21°С, с помощью накатных и раскатных валиков переносится на шаблонные валы; 2) с шаблонных валов, разогретых до температуры примерно 34°С, краска через сборный цилиндр с температурой 36°С передается на формный цилиндр, разогретый до 80-82°С, содержащий одну или более гравированных пластин; 3) избыток краски с пробельных элементов формы удаляется с помощью стирального цилиндра; 4) под действием высокого давления между формным и печатными цилиндрами (линейное давление составляет примерно 1000 кН/м) краска переносится с гравированных штрихов печатной формы на основу (субстрат); 5) происходит закрепление красочного слоя (окислительная полимеризация), зачас-

тую без использования дополнительной сушки [3, с. 173-175]. Характерной особенностью металлографской печати является формирование рельефного изображения, которое воспринимается не только визуально, но и тактильно. Данное свойство обеспечивает идентификацию подлинности ценных бумаг в условиях неконтролируемого общества, в том числе идентификацию номинала банкнот людьми с плохим зрением.

Так как тактильность бумаг передается посредством формирования больших толщин красочного слоя на оттисках, существует необходимость исследования влияния технологических факторов на это процесс. Но из-за того, что металлографская печать используется для печати гравюр и других штриховых элементов с применением заранее приготовленных красок, исключается возможность традиционной оценки толщины слоя краски методом измерения зональной оптической плотности однокрасочных 100% запечатанных полей. Таким образом, существует необходимость разработки методологии измерения толщины слоя краски металлографской печати.

Основная часть. Исследовано девять групп образцов (рис. 1) по 20 шт. каждая, изготовленных по технологии металлографской печати.

Рис. 1. Внешний вид образца

При печати образцов использована разработанная и изготовленная по технологии прямой лазерной гравировки модельная печатная форма с разными геометрическими параметрами печатных элементов (таблица): различным видом профиля (прямоугольный с углом наклона боковых стенок гравированных штрихов 90°, трапециевидный с углом наклона боковых стенок 60 и 75°, треугольный с углом наклона боковых стенок 53° (рис. 2а)); и разной глубиной ячеек (30, 60 и 100 мкм (рис. 26)).

Характеристика исследуемых образцов

Группы образцов Геометрические параметры печатных элементов печатной формы Параметры печати

ширина, мкм глубина, мкм угол наклона боковых стенок скорость, тыс. отт./ч давление в печатном контакте

1 150 30 90 8 Р 1 ср

2 150 60 90 8 Р 1 ср

3 150 100 90 8 Р ср

4 150 100 60 8 Р ср

5 150 100 75 8 Р ср

6 150 100 51 8 Р ср

7 150 100 90 8 Р 1 мин

8 150 100 90 8 Р 1 макс

9 150 100 90 5 Р 1 ср

Металлографская печать осуществлена с помощью 4-красочной листовой печатной машины De La Rue Giori S. A. Super-Orlof-Intaglio. Группы образцов отличались параметрами печати — давлением в печатном контакте и скоростью печати. Давление в печатном контакте представлено в относительных оценках (без размерности) и обозначено как минимальное (Рмин), среднее (РСр) и максимальное (Рмакс), поскольку во время металлографской печати регулировалось увеличением / уменьшением расстояния между печатным и формным цилиндром относительно оптимального значения

(обозначено как «среднее»), установленного для печати тиражной продукции. Использована скорость печати 8 тыс. отт./ч и 5 тыс. отт./ч.

150

150

150

б

Рис. 2. Поперечное сечение ячеек модельной печатной формы: а — при исследовании влияния профиля

ячеек на качество штрихов; б — при исследовании влияния глубины ячеек на качество штрихов

Разработанная методология базируется на профилометрическом анализе оттисков с применением двух разных методов — бесконтактного и контактного.

В бесконтактном методе для получения трехмерной цифровой модели поверхности использовали бесконтактный интерференционный 3Б-профилометр Мюгоп-а1рЬа [4], основой которого являются оптико-электронный блок и система микрозеркал. Этот метод использует принцип интерференции двух пучков света, которые создают интерференционную картину, что совпадает с разницей их хода. Полученные двумерные изображения позволяют провести трехмерную реконструкцию поверхности благодаря специальному программному обеспечению Мюгоп-а1рЬа У218Ш710 (рис. 3а).

Контактная профилометрия проводилась с помощью модуля для исследования фасонных профилей на основе профилометра модели 296 [5], принцип работы которого основан на скольжении по исследуемой поверхности алмазной головки щупа с малым радиусом закругления и преобразовании возникающих при этом механических колебаний щупа в электрический сигнал, который интерпретируется как профиль поверхности (рис. 3б).

Для изготовления образцов использована двухслойная банкнотная бумага толщиной 108 ± 6 мкм, массой 85 ± 4 г/м2, шероховатостью поверхности (по Бендстену) 200-500 мл/мин, гладкостью 15 с и жесткостью (по Таберу) 1,1 г-см.

На основе данных контактной и бесконтактной профилометрии поверхности образцов нами предложена методика определения толщины красочного слоя металлографской печати Ят которая заключается в определении разности между средним арифметическим значением

а

высот неровностей профиля пиков запечатанных штрихов Л^х и средним арифметическим значением высот неровностей профиля пробельных элементов Л^РТ :

к п т

.—гпк —зраее

^^^ (Л тах ¡}1 — Л тах ¡}1 )

_ г =1 у=1 I =1

кпт

где г — номер исследуемого образца группы (г = 1…к); ] — номер зоны контроля на г-том исследуемом образце (у = 1..п); I — номер штриха / пробельного элемента в у-той зоне контроля (¡ = 1 .т).

Проведена сравнительная оценка применения бесконтактного и контактного профило-метрических методов, определены их основные преимущества и недостатки.

При исследовании метода оптической бесконтактной профилометрии исходное изображение поверхности можно получить путем многократного сканирования поверхности образца, в результате которого получается цифровая модель, содержащая исходные данные для дальнейшего анализа, выполняемого с помощью специального программного обеспечения. Возможность построения отдельного профиля (сечения) штриха из полученного изображения поверхности осуществляется с помощью встроенной функции программного обеспечения, которая позволяет провести воображаемую линию (серию линий), профиль которой подлежит детальному анализу. Трехмерную модель поверхности штрихов можно представить в различных формах: с цветным распределением высот или в серой шкале. Также есть возможность инвертирования полученной модели, когда высоты

представляются как впадины и наоборот, что, в свою очередь, повышает наглядность результатов. Данный метод позволяет вычислять параметры шероховатости поверхности и геометрические параметры рельефа, зарегистрированные в виде компьютерного изображения.

Недостатком этого метода являются достаточно высокие требования к качеству рассматриваемой поверхности, в частности его ограниченность при анализе затемненных поверхностей из-за тяжести распознавания объектов, находящихся на поверхности. В случае исследования образцов, изготовленных на бумажной основе, возникает проблема прохождения луча сквозь исследуемый объект и невозможность регистрации топографии его поверхности. Также весомым недостатком метода является большое время обработки данных, вызванное малым размером поверхности, которую устройство способно зафиксировать за один цикл.

Метод контактной профилометрии имеет также ограничения, связанные с разрешением метода, ограниченными геометрическими размерами иглы профилографа (радиус закругления 10 мкм). Эти ограничения могут привести к значительным погрешностям в расчетах, особенно при статистической обработке данных измерения. Также существует необходимость перевода секунд, отложенных вдоль оси абсцисс, в миллиметры и кодов, отложенных вдоль оси ординат, в линейные величины с помощью тарировочных графиков, что увеличивает время обработки полученного результата. К недостаткам этого метода можно также отнести возможность разрушения поверхности образцов иглой профилометра.

-V А. I

V %

30 20 10 о -10 -20

л .А, А/у А. Л^/Ч

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

б

Рис. 3. Профилографирование поверхности исследуемых образцов: а — бесконтактным интерференционным 3Б-профилометр М1сгои-а1рЬа; б — контактным игольным профилометром модели 296 № Э-230

а

Преимуществом метода контактной профи-лометрии является возможность исследования поверхностей на относительно больших отрезках. Также контактная профилометрия не имеет ограничений по структуре анализируемых поверхностей.

Профилографирование штрихов металлографской печати позволяет оценить рельеф воспроизводимых штрихов, сопоставить его с параметрами гравированных штрихов модельной печатной формы, с использованием которой был осуществлен процесс печати, на основании чего могут быть даны рекомендации по подбору технологических параметров печати.

Результаты исследования показали, что одним из эффективных методов обеспечения необходимой толщины красочного слоя на оттиске при металлографской печати является геометрия гравированных элементов печатной формы, прежде всего, их глубина. На рис. 4 показаны толщины красочного слоя исследуемых образцов, изготовленных с помощью модельной печатной формы с одинаковой шириной 150 мкм и углом наклона боковых стенок гра-вированых элементов формы (90°), но разной глубиной гравированых штрихов (30, 60 и 100 мкм) при нормальном давлении в печатном контакте и скорости 8 тыс. отт./ч.

Диаграмма, представленная на рис. 4, показывает, что наибольшей высоты, которая равна приблизительно 29 мкм, напечатанные штриховые элементы достигают при использовании печатной формы с наибольшей глубиной гравированных штрихов — 100 мкм.

33 31 29 27 25 23 21 19 17 15

т

т _ II

± I ■■

т ■ 1

, 1 ■■ 1

I I

1 1-1 -1 Щ—

30 60 100

Глубина гравированного печатного элемента формы, мкм

■ контактный метод бесконтактный метод

Рис. 4. Толщина слоя краски на оттисках металлографской печати в зависимости от глубины гравированных элементов печатной формы

Видно, что средняя высота штрихов образцов, отпечатанных печатной формой с глуби-

ной гравирования 100 мкм, незначительно превышает среднюю высоту штрихов образцов банкнот, отпечатанных печатной формой с глубиной гравировки 60 мкм — разница составляет около 3 мкм, что может открывать возможности повышения энергоэффективности технологии прямого лазерного гравирования.

Существенная разница между глубиной гравированного элемента формы и толщиной красочного слоя полученного оттиска может быть вызвана двумя причинами: частичным заполнением краской печатных элементов формы или частичным переносом краски с гравированных штрихов формы на запечатываемый материал. Первая причина может быть связана с применением высокой скорости при печати, несоответствующих свойств красок или низкими коэффициентами краскоприема и краскоотдачи. Вторая причина может быть обусловлена несоответствующим давлением в печатном контакте или возникновением капиллярного эффекта внутри ячеек формы. Последнее заключается в том, что при приблизительной равности ширины штрихового элемента формы с его высотой печатный элемент можно рассматривать как капилляр, и чем он больше, тем больше в нем остается краски, и, соответственно, меньше ее переходит на отпечаток. Все это указывает на необходимость четкой корреляции глубины с шириной печатного элемента формы, свойств красок со свойствами печатной формы и подбором скорости печатания и давления в печатном контакте.

Коэффициенты краскоприема и краскоот-дачи при металлографской печати зависят от угла наклона боковых стенок гравированных штрихов. На рис. 5 представлены толщины красочного слоя оттисков, изготовленные с помощью печатной формы с разным углом наклона боковых стенок гравированных элементов (90, 75, 60 и 53°) одинаковой толщины (150 мкм) и глубины (100 мкм) при нормальном давлении в печатном контакте и скорости печати 8 тыс. отт./ч. При угле наклона боковых граней гравированных штрихов печатной формы 90° среднее значение толщины красочного слоя достигает примерно 29 мкм, тогда как при угле 53° данное значение составляет около 21 мкм (рис. 5). Это свидетельствует о том, что увеличение угла наклона боковых граней гравированных штрихов печатной формы приводит к получению больших значений высоты штрихов. Данные зависимости могут быть объяснены направлением действия сил, которые создают боковые грани печатных элементов, на краску в гравированных штрихах печатной формы и запечатываемый материал в момент печатного контакта.

33

8 31

з

* 29

0

§ 27

13

ё 25 т

8 23

й

% 21 Я

1

| 19

£ 17 15

51° 60° 75° 90° Угол наклона боковых граней гравированных элементов формы

■ контактный метод бесконтактный метод

Рис. 5. Толщина красочного слоя на оттисках металлографской печати в зависимости от угла наклона боковых граней гравированных штрихов печатной формы

В ходе исследования наибольших значений толщины красочного слоя на оттисках удалось достигнуть при использовании печатной формы с гравированными элементами прямоугольного профиля шириной 150 мкм, глубиной 100 мкм при скорости 8 тыс. отт./ч при максимальном давлении около 31 мкм (рис. 6).

35 33

8 31

3

* 29

о

§ 27

а и я

I

з

Э

£

25 23 21 19 17 15

мин.

макс.

Давление

■ контактный метод бесконтактный метод

Рис. 6. Толщина красочного слоя на оттисках металлографской печати в зависимости от значения давления в печатном контакте

Таким образом, видно, что увеличение давления между формным и печатным цилиндрами приводит к выглаживанию поверхности запечатываемого материала и большей краскоотдаче печатной формы, тем самым к большей толщине слоя краски. Однако следует обратить внимание, что чрезмерное увеличение давления имеет не-

гативные последствия, такие как тиснение обратной стороны запечатываемого материала и износ печатной формы, что в конечном итоге приводит к снижению качества оттиска.

Важным фактором формирования нужной толщины на оттиске при металлографии является скорость печати. Уменьшение скорости печати и, соответственно, увеличение времени контакта печатной формы с запечатываемым материалом приводит к снижению краскоотда-чи печатных элементов формы, тем самым уменьшая толщину красочной пленки на оттисках (рис. 7).

30 29,8

5 8

Скорость печати, тыс. отт./ч

■ контактный метод ■ бесконтактный метод

Рис. 7. Толщина красочного слоя на оттисках металлографской печати в зависимости от скорости печати

Заключение. В работе доказана возможность применения как контактной, так и бесконтактной профилометрии при изучении влияния технологических параметров металлографской печати на качество воспроизводимых штрихов. Применение контактного игольного профилометра позволяет получить значения геометрических параметров штрихов, в то время оптический профилометр является более точным в отражении микронеровностей поверхностей образца, а также позволяет автоматически определять параметры шероховатости и отображать 3Б-модель исследуемой поверхности.

Исследования показали, что большей толщины красочного слоя можно достичь путем повышения давления в печатном контакте, уменьшением скорости, увеличением угла наклона боковых стенок и глубины гравированных штрихов печатной формы. Последнее требует дополнительных исследований с точки зрения энергоэффективности применяемой технологии.

Основываясь на результатах эксперимента и соответствующих расчетов, можно решить целевую задачу — выбор соответствующих пара-

метров печати с тем, чтобы получать необходимые толщины красочного слоя на оттисках металлографской печати.

Литература

1. Киричок П. О., Коростшь Ю. М., Шевчук А. В. Захист щнних паперiв та докумешгв суворого облiку. Ки!в: НТУУ «КП1», 2008. 368 с.

2. Pat. US 20220009075, МПК B41F 11/02 20060101 B41F011/02; B42D 25/36 20060101 B42D025/36; B41F 9/00. Intaglio printing / Lefebvre Olivier (Montagny-pres-Yverdon, CH); Degott Pierre (Crissier, CH); Magnin Patrick (Maxilly-sur-Leman, FR); Schaller Christophe (Ollon, CH). 14/771603; заявл. 13.12.2022; опублiк. 14.01.2022.

3. Киричок Т. Ю. Зносостiйкiсть банкнотно! продукцп. Ки!в: НТУУ «КП1», 2022. C. 196-198.

4. Интерференционный профилометр для контроля топографии поверхности материалов с нанометровым разрешением / С. Р. Игнатович [и др.]: пращ Мiжнародноi НТК «Пошкоджен-ня матерiалiв тд час експлуатацп, методи його дiагностування i прогнозування». Ки!в, 2009. С. 175-179.

5. Майданюк С. В., Плiвак О. А., Бекмурадов Р. А. Модуль для вимiрювання фасонних профiлiв // Вiсник ЖДТУ. 2007. № 2 (41). С. 1-4.

References

1. Kirichok P. O., Korostil’ Yu. M., Shevchuk A. V. Zakhist tsinnykh paperiv ta dokumentiv suvorogo ob-liku [Protection of security paper and strict accounting documents]. Kyiv, NTUU “KPI” Publ., 2008, pp. 70-72.

2. Lefebvre O., Degott P., Magnin P., Schaller C. Intaglio printing. Patent US, no. 2022009075, 2022.

3. Kirichok T. Yu. Znosostiykist’ banknotnoyproduktsii [Durability of banknotes]. Kyiv, NTUU “KPI” Publ., 2022, pp. 196-198.

4. Ignatovich S. R., Zakiev I. M., Yutskevich S. S., Zakiev V. I. [The interference profilometer for the control the surface the topography materials with nanometer resolution]. Pratsi Mizhnarodnoy NTK («Posh-kodzhennya materialiv pid chas ekspluatatsii, metody yogo diagnostuvannya i prognozuvannya») [Materials of International STK (“Damage of Materials, its Diagnostics and Forecasting”)]. Kyiv, 2009, pp. 175179 (In Ukraine).

5. Maydanyuk S. V., Plyvak А. А., Bekmuradov R. А. The module for measurement of shaped structures. Visnik ZhDTU [Bulletin of the Zhytomir Technical University], 2007, no. 2 (41), pp. 1-4 (In Ukraine).

Информация об авторах

Киричек Татьяна Юрьевна — доктор технических наук, профессор кафедры технологии полиграфического производства. Издательско-полиграфический институт Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского» (03056, г. Киев, ул. Янгеля, 1/37, Украина). E-mail: [email protected]

Коротенко Елена Владимировна — аспирант кафедры технологии полиграфического производства. Издательско-полиграфический институт Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского» (03056, г. Киев, ул. Янгеля, 1/37, Украина). E-mail: [email protected]

Information about the authors

Kirichek Tat’yana Yur’yevna — DSc (Engineering), Professor, the Department of Printing Production Technology. Institute of Publishing and Printing National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute” (1/37, Yangelya str., 03056, Kiev, Ukraine). E-mail: [email protected]

Korotenko Yelena Vladimirovna — PhD student, the Department of Printing Production Technology. Institute of Publishing and Printing National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute” (1/37, Yangelya str., 03056, Kiev, Ukraine). E-mail: [email protected]

Поступила 24.03.2022

Макро- и микрогеометрия поверхностей твердых тел

При проектировании узла трения конструктор задаст геометрическую форму и размеры трущихся деталей, которые определяют характер их взаимодействия (постоянный, периодический, единичный или др.), напряженное состояние, условия попадания смазочного материала и т.д. Однако профиль даже самым тщательным образом изготовленной детали имеет ряд отклонений от номинального, заданного чертежом. Отклонения от номинального профиля могут быть технологическими (возникшими в процессе обработки) и эксплуатационными (обусловленными неравномерным износом участков трущихся тел в процессе эксплуатации). Управление трибологическим процессом можно осуществлять путем минимизации (или оптимизации) отклонений от номинального профиля, полученных в процессе обработки деталей [16, 23].

Эти отклонения оказывают подчас решающее влияние на контакт деталей машин, их взаимодействие при трении и изнашивании, поэтому для прогнозирования трения и износа твердых тел необходимо определять геометрические характеристики этих отклонений. Их обычно оценивают, изучая профиль поверхности, т.е. сечение поверхности детали плоскостью, перпендикулярной к ней.

Характерный профиль поверхности детали приведен на рис. 2.5. Видно отличие реального профиля поверхности этой детали от номинального, заданного чертежом.

Отклонения от номинального профиля делятся на макро- и микроотклонения формы. К макроотклонениям 2 относят единичные, нерегулярные отклонения поверхности от номинальной ее формы (выпуклость, вогнутость, конусность и т.д.) Макроотклонения можно

Профиль поверхности вала (масштаб искажен)

Рис. 2.5. Профиль поверхности вала (масштаб искажен):

  • 7 — номинальный диаметр вала; 2 — макроотклонение (вогнутость);
  • 3 — волнистость; 4 — шероховатость; SB — шаг волны; Нв — высота волны

минимизировать, увеличив точность установки детали или инструмента, (правильно выбирая режим обработки, устранив вибрации и т.д.).

Микроотклонения подразделяются на волнистость 3 и шероховатость 4. Под волнистостью поверхности понимают совокупность периодических, регулярно повторяющихся, близких по размерам выступов и впадин, расстояния между которыми — шаг волн SB значительно больше их высоты Нв (SB / Нв > 40). Под шероховатостью поверхности понимают совокупность неровностей с относительно малым шагом (2…800 мкм и высотой 0,03—400 мкм). Параметры шероховатости поверхности определяют в результате обработки участка профилограммы на определенной базовой длине / (рис. 2.6), используемой для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности, и для количественного определения се параметров. Обычно / = 0,25 или 0,80 мм. При измерении параметров профиля за линию отсчета принимают среднюю линию М}М2, имеющую форму номинального профиля, которую проводят так, чтобы в пределах базовой длины среднеквадратичное отклонение профиля от этой линии было минимальным. Параллельно средней линии в пределах базовой длины проводят линию выступов профиля АхА2 через высшую точку профиля и линию впадин профиля ВХВ2через низшую точку профиля. Шероховатость поверхности, измеренную в направлении главного движения при резании, называют продольной, а в направлении подачи — поперечной шероховатостью.

В трибологических расчетах наиболее широко используют следующие показатели, полученные путем обработки профилограмм: параметр Ra шероховатости поверхности — среднее арифметическое отклонение профиля от средней линии МХМ2, обычно Ra = 0,02- ОД 0 мкм; Rz — средняя высота неровностей профиля по десяти точ-

Участок профилограммы с обозначением параметров шероховатости

Рис. 2.6. Участок профилограммы с обозначением параметров шероховатости

поверхности:

А,А2 — линия выступов; в,б2 — линия впадин; М^М2 — средняя линия; 5т(. — шаг записанной профилограммы; Ятах — расстояние между линией выступов А^А2 и линией впадин; В^В2; Rp — наибольшая высота выступа

кам (средняя по пяти наибольшим пикам и средняя по пяти наибольшим впадинам). Обычно Rz = 0,025—3,25 мкм. Rvпах — параметр шероховатости поверхности, представляющий собой расстояние между линией выступов А{А2 и линией впадин ВХВ2 профиля в пределах базовой длины. Величина /?тах зависит от метода и режима механической обработки. Так, при точении поверхностей стальных деталей эта величина составляет от 4,7 до 37 мкм, при внутреннем шлифовании — от 2,4 до 18 мкм, при доводке — от 0,15 до 1,2 мкм.

Важной характеристикой, применяемой при расчете контактного взаимодействия, является опорная кривая профиля рабочей поверхности, которая характеризует распределение материала по высоте шероховатого слоя (рис. 2.7, а). Для ее построения профи-лограмму разбивают на ряд горизонтальных уровней шириной а, параллельных средней линии (рис. 2.7, б). Затем суммируют участки, ограничивающие ширину выступов Ат.е. определяют величину ZA/ на каждом из уровней р. Обычно опорную кривую строят в относительных величинах, т.е. по оси абсцисс откладывают значения относительной опорной кривой на уровне р, а по оси ординат — отношение сближения а и Rmax:

ГОСТ 19300-86 Средства измерений шероховатости поверхности профильным методом. Профилографы-профилометры контактные. Типы и основные параметры - скачать бесплатно

В процессе трения взаимодействуют наружные слои материала, вследствие чего анализируют только начальную часть опорной кривой. Ее аппроксимируют степенной функцией Крагельского—Дем- кина:

Схема построения кривой опорной поверхности

Рис. 2.7. Схема построения кривой опорной поверхности: а — кривая опорной поверхности; б— профилограмма

ГОСТ 19300-86 Средства измерений шероховатости поверхности профильным методом. Профилографы-профилометры контактные. Типы и основные параметры - скачать бесплатно

где b иг> — параметры аппроксимации функции, описывающей начальную часть опорной кривой профиля поверхности.

Эти параметры в зависимости от вида обработки составляют: х> = 1,7-нЗ,0; b = 1-5-10. Для поверхностей деталей, обычно применяемых в машиностроении, г> = 2, Ь=2.

Погрешность профилометра и профилографа при измерении параметров
профиля произвольной формы

1.
Наибольшую погрешность профилометра при измерении параметров Ra ,
Rmax , Rz ,
tp ,
Sm и S определяют
по формулам 2; 3; 4; 5; 6;

Значения
коэффициента а для параметра шероховатости Ra :

а
= 0,02 – 1-й степени точности;

а
= 0,04 – 2-й степени точности.

Значения
коэффициента b для параметра шероховатости Ra в зависимости от верхнего предела l в.п
диапазона шагов неровностей и степени точности прибора приведены в табл. 1.

Таблица 1

Верхний предел диапазона шагов неровностей l в.п

b

1

2

0,1 l в

0,05

0,08

0,2 l в

0,06

0,09

0,5 l в

0,07

0,13

1,0 l в

0,16

0,24

Значения
коэффициента а для параметров шероховатости Rmax и Rz :

а
= 0,03 – 1-й степени точности;

а
= 0,06 – 2-й степени точности.

Значения
коэффициента b
для параметров шероховатости Rmax и Rz
в зависимости от верхнего предела l в.п
диапазона шагов неровностей и степени точности прибора приведены в табл. 2.

Таблица 2

Верхний предел диапазона шагов неровностей l в.п

b

1

2

0,1 l в

0,09

0,12

0,2 l в

0,10

0,13

0,5 l в

0,11

0,17

1, 0 l в

0,20

0,28

Значения
коэффициентов а и b для параметра шероховатости tp :

а
= 0,10 – 1-й степени точности;

а
= 0,12 – 2-й степени точности;

b
= 0,04 – 1-й степени точности;

b
= 0.05 – 2-й степени точности.

Значения
коэффициентов а и b для параметров шероховатости Sm
и S совпадают со значениями, приведенными в
разд. 3 для этих параметров.

2.
Наибольшую погрешность профилографа при измерении профилей произвольной формы, имеющих
диапазон длин волн, нижний предел которого составляет 3 мкм, определяют по
формуле ( 8) для основной погрешности
профилографа при следующих значениях коэффициентов а и b :

а
= 0,02 – 1-й степени точности;

a = 0,04 – 2-й
степени точности;

b = 0,06 – 1-й
степени точности;

b = 0,08 – 2-й степени точности.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1.     РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Государственным
комитетом СССР по стандартам

       РАЗРАБОТЧИКИ

              B . C . Лукьянов
(руководитель разработки), Г.Н. Самбурская

2.     УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ
Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 26.06.86 № 1821

3.     Срок проверки – 1996 г., периодичность
проверки – 5 лет

4.     Стандарт соответствует международным
стандартам ИСО 3274-75 и ИСО 1880-79

5.     ВЗАМЕН ГОСТ 19299-73 и ГОСТ 19300-73

6.     ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ
ДОКУМЕНТЫ

Обозначение
НТД, на который дана ссылка

Номер
пункта

ГОСТ 2789-73

Вводная часть,
2.2.3

ГОСТ 18961-80

2.1.1

ГОСТ 25142-82

Вводная часть

7.     Проверен в 1991 г. Ограничение срока
действия снято Постановлением Госстандарта СССР от 06.12.91 № 1880

8.     ПЕРЕИЗДАНИЕ
(март 1996 г.) с Изменением № 1, утвержденным в декабре 1991 г. (ИУС 3-92)

СОДЕРЖАНИЕ

1. Типы .. 1

2. Основные параметры .. 2

3. Основная погрешность профилометра и профилографа . 3

Приложение Погрешность профилометра и профилографа при
измерении параметров профиля произвольной формы .. 4

Технология изготовления бумаги

Размолотое целлюлозное волокно,древесную массу, отбеленный и измельченныйкаолин, клей, подцветку смешивают в нужныхпропорциях. Эту смесь называют бумажноймассой.

При выработке многих видов бумагии картона для повышения белизны,непрозрачности, гладкости, улучшенияпечатных и других свойств в волокнистуюмассу вводят наполнители, то есть химическиинертные минеральные вещества, менеегидрофильные, чем целлюлозные волокна.

Частицы наполнителя, заполняякрупные поры бумаги, разъединяют волокно,увеличивая общую пористость бумажноголиста. Образование многочисленных мелкихпор, обладающих капиллярными свойствами,увеличивает способность бумаги квосприятию типографской краски.

Наполнители, распределяясь в мелкихпорах между волокнами образующейся бумаги,увеличивают пористость и повышаютвоздухопроницаемость. Они такжеспособствуют снижению линейной деформациипри увлажнении и уменьшаютскручиваемость бумаги при одностороннемсмачивании.

Степень влияния того или иногонаполнителя на свойства бумаги зависит отего вида и количества в бумаге.Наполнители должны быть однородными и мелкодис­персными,обеспечивать максимальную непрозрачность,хорошо удерживаться на волокне.

В качестве наполнителя печатнойбумаги применяют главным образом каолин —белую фарфоровую глину или тальк —соединение из класса силикатов. Диоксидтитана используют в производствемелованных бумаг. При изготовленииспециальных видов бумаги как наполнительиспользуется оксид цинка.

Для каждого вида бумаги существуетопределенное оптимальное количествонаполнителя. Каждый наполнитель имеетспецифические особенности как в планевлияния на свойства бумаги, так и в планесцепления в структуре бумажного листа с растительнымиволокнами.

Механизм сцепления частицнаполнителя зависит от формы и размеровчастиц (их оптимальный размер — не более0,3 мкм). Форма и размеры частиц порошкатакже влияют на белизну, лоск, гладкость, навпитываемость бумагой или картономпечатных красок и лаков.

Бумага и картон с высокимсодержанием наполнителя представляютсобой своего рода имитацию мелованногоматериала. В зависимости от дисперсностинаполнителя повышается плотность бумаги и картона,соответственно снижается толщинаматериала.

О количестве содержащегося в бумагенаполнителя судят по зольности. Содержаниезолы в бумаге соответствует примерномусодержанию неорганических веществ, но неопределяет количество каждого из них в отдельности.

По содержанию минеральногонаполнителя все виды бумаги условноделятся на несколько классов:

  • бумага с естественной
    зольностью, без минерального наполнителя;
  • бумага малозольная,
    с содержанием золы до 5%;
  • бумага со средней
    зольностью, с содержанием золы до 15%;
  • бумага с повышенной
    зольностью, с содержанием золы более 15%;
  • бумага высокозольная,
    с содержанием золы более 25%.

Как уже было отмечено, в качественаполнителей чаще всего используютсяследующие материалы: мел, каолин, тальк,сульфаты бария и кальция, двуокисьтитана, различные алюмосиликаты, пигментына основе карбамидоформальдегидногоконцентрата, микрокапсульныеполистирольные пигменты и другиевещества.

Каолин (белая глина) —алюмокремниевая кислота, порошок белогоцвета гексагональной формы, средний размерчастиц около 2 мкм, белизна 70-90%, коэффициентпреломления 1,56. Свободные железистыеминералы, присутствующие в каолине,придают ему оттенки от светло-желтого докрасно-бурого. На оптические свойствакаолина оказывают влияние титановыеминералы.

Тальк — кислая сольметакремниевой кислоты. Порошок белогоцвета, пластинчатой, игольчатой иличешуйчатой формы, размер частиц 2-10 мкм,белизна 70-80%, коэффициент преломления 1,57.Тальк придает бумаге мягкость, бесшумность,лоск, повышает адсорбцию печатных красок и лаков.В то же время тальк способствуетповышению пылимости бумаги, снижаетдействие оптических отбеливателей.

Бланкфист — сернокислыйбарий. Товарный бланкфист имеетпастообразный вид, степень дисперсности0,4-0,6 мкм, белизна 96%, коэффициентпреломления 1,64, хорошо удерживается в бумаге.Бланкфист повышает белизну бумаги, снижаетпрозрачность, придает бумаге блеск,звонкость и жесткость на ощупь,используется для высокосортных видовбумаги.

Гипс — минерал классасульфатов, порошок белого цвета. В обожженномсостоянии размер частиц уменьшается и белизнагипса повышается. Средний размер частицобожженного гипса около 5 мкм, белизна85-96%, коэффициент преломления 1,57. Природныйгипс придает бумаге звонкость и жесткостьна ощупь.

Титановые пигменты —двуокись титана или сочетание с сернокислымбарием. Порошок белого цвета, размер частиц0,3-0,5 мкм, белизна 95-98%, коэффициентпреломления 2,55. Титановые пигменты придаютбумаге высокую степень непрозрачности.

Мел — природный илихимически осажденный карбонат кальция,твердое вещество белого цвета,нерастворимый в воде, растворяется в слабойкислоте. Средний размер частиц осажденногомела 0,2-0,4 мкм, плотность 2,-2,9 г/м3,белизна 80-95%, коэффициент преломления 1,48-1,68.

Мел придает бумаге мягкость, белизну,непрозрачность, повышает впитываемостьпечатных красок и лаков. В производствечаще всего применяется не как наполнитель,а как пигмент для облагораживания бумаги сцелью получения на ней хорошеговизуального восприятия печатногоизображения (мелование бумаги).

Мелованнаябумага, матовая или глянцевая, состоит изосновы с нанесенным на нее покровным слоем,состоящим из наполнителя и связующего. Цельмелования — создание на поверхностилиста бумаги или картона ровного, гладкогои одновременно эластичного слоя сравномерным просветом.

Мелованный слойспособствует быстрому закреплению краски и лаков,а также улучшает визуальное качествооттиска. Мелованный слой должен бытьхимически нейтральным, так как избытокщелочи или кислоты может изменять в процессепечати цветовые характеристики краски налисте бумаги.

Наполнителисущественно влияют на свойства бумаги.Благодаря им после каландрирования бумагастановится ровной, гладкой, непрозрачной,пластичной, капиллярной и менее пористой.Все это особенно важно для бумаг,используемых в высокой и глубокойпечати.

Если бумага изготовлена из белойдревесной массы и небеленой целлюлозы,наполнитель повышает степень ее белизны.Однако наполнители несколько снижаютмеханическую прочность бумаги, так какограничивают возникновение водородныхсвязей между волокнами целлюлозы.

При размачивании в воде обычныесорта бумаги теряют свою механическуюпрочность, при пропитке керосином илимаслами прочность бумаги почти не меняется.Это говорит о том, что целлюлозныеволокна в бумаге соединены между собойглавным образом водородными связями и в меньшейстепени — силами Ван-дер-Ваальса и трения.

Бумагу отливают набумагоделательных машинах, состоящих изчетырех частей:

  • сеточной;
  • прессовой;
  • сушильной;
  • отделочной, с накатом
    (намоткой в рулоны).

Эти машины, как правило, имеют плоский сеточный конвейер. Ониработают со скоростью до 800 м/мин при ширине сетки до 7-8 м.

Бумажнаямасса потоком поступает на сеткубумагоделательной машины. Формирующийся изкашеобразной массы тонкий волокнистый слойпостепенно освобождается от воды насеточной части. На прессовой части машинывода отжимается давлением прессов, а в сушильнойчасти бумажная лента, прижимаясь к сушильнымцилиндрам, доводится до сухости 95%.

Воднородной бумаге вместе с длиннымиволокнами присутствует некотороеколичество мелких волокон, в основномлиственных пород древесины, которыезаполняют свободное пространство междудлинными волокнами. Таким образомувеличивается общая площадь, на котороймежду волокнами устанавливаются прочныесвязи, что способствует повышениюмеханической прочности бумаги.

В сушильной части находитсяклеильный пресс.

Существует несколько технологийпроклейки бумажной массы. Офсетную,картографическую, фототипную, обложечную,писчую, чертежно-рисовальную и некоторыедругие виды бумаги проклеивают в массеразличными веществами, такими какканифольный клей, крахмал, карбамидныесмолы, кремнийорганические полимеры и др.

Проклейка в массе делает бумагу болеевлагостойкой, затрудняя проникновение в нееводы, но не препятствуя впитыванию масляныхполиграфических красок. Это особенно важнодля бумаг, используемых в плоской (офсетной)печати, литографии и фототипии, где припечати применяют и увлажнение воднымраствором.

Поверхностная проклейка бумагичаще всего осуществляется 3%-м воднымраствором карбоксиметилцеллюлозы, что нетолько повышает влагостойкость бумаги, но и увеличиваетпрочность ее поверхности, что особенноважно при работе с вязкими и липкимикрасками и водно-дисперсионными лаками.

Отделочная частьбумагоделательной машины представленамашинным каландром, состоящим из трех-восьмиполированных чугунных цилиндров, которыесвоей тяжестью уплотняют бумагу, делая ееповерхность ровнее.

Бумага, прошедшая машинный каландр,называется бумагой машинной гладкости,матовой или неглазированной (некаландрированной).Бумага, дополнительно пропущенная черезсуперкаландр, называется глазированной,каландрированной или лощеной.

Впроцессе изготовления бумаги волокна,увлекаемые потоком бумажной массы,преимущественно принимают положение, прикотором их оси совпадают с направлениемдвижения сетки бумагоделательной машины.Поэтому свойства бумажного листа в продольном(в направлении движения сетки) и поперечномнаправлениях будут несколько различны, а именно:прочность бумаги будет выше в продольномнаправлении, а изменение линейныхразмеров при увлажнении будет значительнобольше в поперечном направлении.

Крометого, верхняя (лицевая) сторона бумаги, несоприкасающаяся с сеткойбумагоделательной машины, будет гораздоровнее сеточной. Сеточная сторона имеетменьше наполнителя, частично уходящего избумаги вместе с промывными водами.Следовательно, бумага ортотропна, то естьее свойства несколько различаются во всехтрех измерениях (ширина/ длина и лицо/оборот).

Все это надо учитывать приподготовке бумаги к печатанию, особеннок многокрасочному, и при обработкеоттисков в брошюровочно-переплетных иотделочных цехах (при разрезке, фальцовке,шитье, высечке и тиснении).