Operacja krojenia papieru jest bardzo ważnym procesem technologicznym w poligrafii, bowiem krojenie rozpoczyna proces produkcyjny – np. okrawanie stosów papieru przed drukowaniem oraz kończy proces produkcyjny – np. krojenie opraw z trzech stron.
Krajarki jednonożowe znajdują się w wyposażeniu praktycznie każdej drukarni lub zakładu poligraficznego. Krajarki muszą być bezpieczne w użytkowaniu oraz zapewniać wysoką jakość procesu cięcia. Od poprawności przebiegu procesu krojenia w znacznym stopniu zależą poprawny przebieg następnych procesów produkcyjnych oraz jakość i dokładność wykonania gotowej produkcji poligraficznej.
Proces technologiczny krojenia stosów papieru i innych materiałów arkuszowych jest realizowany w krajarce jednonożowej w następujący sposób (rys. 1). Wyrównany z dwóch stron stos papieru jest układany na stole krajarki. Ustawiona wcześniej na żądany format belka wymiarowa, zwana również siodełkiem oraz jedna z dwóch bocznych ścianek (nie pokazano na rysunku) stołu krajarki służą do pozycjonowania stosu na stole według dwóch krawędzi wyrównanego stosu. Ważne jest, aby wyrównanie stosu odbywało się według tych samych dwóch krawędzi, które służyły do wyrównania na stole spływowym maszyny drukującej. Po ustawieniu stosu na żądany wymiar krajacz przez oburęczne naciśnięcie na przyciski, umieszczone wg wymagań bezpieczeństwa po obydwu stronach stołu, uruchamia krajarkę. Na początku opuszcza się belka dociskowa, która zaciska i utrzymuje nacisk podczas krojenia stosu papieru, następnie z góry na dół opuszcza się belka nożowa z nożem. Nacisk belki dociskowej unieruchamia arkusze przed krojeniem oraz utrzymuje stos pod naciskiem, dopóki krawędź tnąca noża nie powróci w górne położenie. Nóż płaski w kształcie klina jest przymocowany do belki nożowej. W czasie ruchu w dół nóż przecina arkusze papieru odsuwając swą pochyłą krawędzią odciętą część stosu. W dolnym położeniu nóż zagłębia się na głębokość maks. 1 mm w listwę podnożową na całej jej długości.
Za pozorną prostotą procesu krojenia stosów papieru ukrywają się niewyjaśnione do dnia dzisiejszego zjawiska zachodzące w strefie krojenia papieru. Znaczne siły krojenia zaciśniętego stosu papieru powodują szybkie zużycie ostrzy noży, zwiększenie dynamicznych obciążeń oddziałujących na napęd krajarki oraz pogorszenie jakości krojenia.
Wartość sił powstających podczas krojenia stosów papieru w dużym stopniu zależy od rodzaju ruchu noża, materiału noża, stanu krawędzi tnącej ostrza noża i doboru geometrii zaostrzenia noża stosownie do obrabianego materiału.
W większości współczesnych krajarek jednonożowych mechanizm noża realizuje złożony, tzw. szablowy ruch, który w przemyśle poligraficznym jest uznawany za najdoskonalszy, ponieważ przy takim charakterze ruchu noża siła krojenia jest zmniejszona, a jakość cięcia dość wysoka. Realizacja złożonego ruchu noża wymaga stosowania skomplikowanych mechanizmów napędu belki nożowej. W początkowym etapie krojenia ostrze noża jest pochylone w stosunku do płaszczyzny stosu pod niewielkim kątem ψ – od 2° do 5° (rys. 2). Opadający nóż zaczyna proces krojenia od rogu stosu, a ostrze noża, stopniowo zagłębiając się w stos, wyrównuje się w końcowej fazie cyklu i podczas docięcia dolnej części stosu porusza się równolegle do płaszczyzny stołu krajarki ( = 0°). Kąt toru „szablowego” ruchu noża θ jest zmienny w cyklu krojenia i zazwyczaj mieści się w zakresie 40°... 45° (w zależności od konstrukcji krajarki). Kąt toru ruchu noża określa stosunek pomiędzy pionową i poziomą składową siły krojenia. Uważa się, że im mniejszy jest kąt toru , tym mniejsza pionowa składowa siły krojenia, co jest zalecane [2]. Zaletą „szablowego” rodzaju ruchu noża jest stopniowe zagłębianie się noża w stos, co powoduje mniejszą siłę uderzenia ostrza noża o stos i bardziej „płynne” krojenie.
Nóż jest podstawowym narzędziem roboczym w każdej krajarce. Od jego budowy i parametrów zależy prawidłowość procesu krojenia. Zastosowanie noża niewłaściwej jakości lub nieodpowiednio dobranego kąta naostrzenia noża do okrawanego materiału niejednokrotnie powoduje pogorszenie jakości krojenia i szybsze zużycie krawędzi tnącej. Zakładając, że krajarki działają poprawnie oraz że są obsługiwane prawidłowo, to ponad połowa problemów powstaje za sprawą noża [3].
Dawniej noże były wykonane z jednego kawałka stali. Obecnie wykonuje się je z dwóch części: korpusu z założoną specjalną wkładką – ze specjalnej stali lub z węglika spiekanego (rys. 3).
Korpus noża jest wykonany z tańszej stali niskowęglowej, wkładka stanowiąca ostrze noża może być wykonana z wysokiej jakości stali narzędziowej lub z węglika spiekanego. Połączenie wkładki z korpusem może być wykonane przez klejenie, walcowanie na gorąco lub lutowanie. Metoda zgrzewania na zimno jest wykorzystywana przy utwardzaniu ostrza wkładką wykonaną z różnych rodzajów węglika spiekanego, tzw. wkładki HM (hart metal).
Stal narzędziowa stopowa ze standardowym dodatkiem chromu, wolframu i wanadu – tzw. stal szwedzka – zalecana jest przeważnie do krojenia średnio- i niskogramaturowych rodzajów papieru. Noże ze stali narzędziowej o wyższej zawartości składników stopowych wolframu, wanadu oraz chromu (12-13 proc.) mają wyższą wytrzymałość i są zalecane do krojenia zróżnicowanych rodzajów papieru i tektury. Szeroko stosowane w drukarniach noże ze stali szybkotnącej o zawartości 18 proc. wolframu (tzw. HSS) są znacznie droższe, ale posiadają kilkakrotnie wyższą trwałość w stosunku do noży wykonanych ze standardowych stali narzędziowych. Wkładki typu HM z węglika spiekanego charakteryzują się najwyższą wytrzymałością i trwałością, zalecane są do cięcia masowych nakładów przy jednakowych rodzajach papieru. Przyjmując, że trwałość noża ze standardowej stali narzędziowej wynosi 1, to trwałość noży wykonanych ze stali typu HSS wynosi 3-5, natomiast trwałość noży z wkładkami z węglika spiekanego (HM) – ok. 10, a trwałość najnowszych, drobnoziarnistych węglików spiekanych sięga wielkości 40 i więcej [2,5].
Właściwa praca noża jest ściśle związana z doborem jego geometrii zaostrzenia stosownie do obrabianego materiału. W praktyce są stosowane jedno- i dwufazowe sposoby zaostrzania ostrzy noży (rys. 4). W zależności od okrawanego materiału stosuje się różne wielkości kąta jednofazowego zaostrzenia noża a. Miękkie papiery offsetowe są zazwyczaj krojone nożem o kącie zaostrzenia 19-21°. Do krojenia twardszych podłoży (np. tektur, papierów etykietowych oraz fotograficznych) stosuje się noże o kącie zaostrzenia 22-24°. Do krojenia niektórych materiałów zalecane jest stosowanie kąta pomocniczego b, co nieco podnosi trwałość narzędzi tnących. W tabeli 1 przedstawiono zalecenia przemysłowe doboru geometrii naostrzenia do obrabianego materiału.
Proces krojenia jest w dużym stopniu uzależniony od stopnia zużycia ostrza noża. Im większy jest stopień zużycia, tym większa siła działająca na nóż. W porównaniu z krojeniem naostrzonym nożem, siła krojenia stępionym nożem wzrasta do 3-4 razy [6]. Zużycie ostrza noża jest wielkością zmienną w czasie. Jest to proces trwający od początku pracy noża i charakteryzuje się utratą właściwości skrawnych ostrza. Stępione ostrze noża posiada maksymalną wartość zużycia i jest nieprzydatne do dalszej pracy. Zdarza się, że nóż pracuje bez problemu przez dłuższy czas. Czasami jednak zdarzają się sytuacje intensywnego stępienia bądź uszkodzenia mechanicznego ostrza noża. Najbardziej intensywnie zużywa się ostrze po założeniu naostrzonego noża na krajarkę. Dlatego też ważne jest, aby „dopracować” swoje ostrze noża przez wykonanie pierwszych 10-20 krojeń z użyciem papierów o mniejszej gramaturze. Zużycie ostrza nie zależy więc tylko od liczby cięć, ale także od rodzaju okrawanego materiału, wysokości stosu, materiału narzędzia, doświadczenia krajacza i innych parametrów. Przebieg zużycia ostrza noża krajarki przedstawiono na rys. 5.
Okrawanie zaciśniętych stosów papieru jest złożonym procesem odkształceń włókien oraz arkuszy, zachodzących pod nożem w czasie wnikania ostrza w stos papieru, któremu towarzyszą zjawiska zgniatania, miażdżenia, rozrywania i piłowania włókien arkuszy papieru. W strefie zagłębiania noża w stos powstają zmienne naprężenia ściskające i rozciągające, które są skoncentrowane wokół krawędzi tnącej ostrza. Krojenie następuje wtedy, gdy na skutek wspólnego oddziaływania naprężeń ściskających i rozciągających zostanie przekroczona granica wytrzymałości zaciśniętych arkuszy papieru. W przypadku stosowania stępionego noża, gdy krojenie zachodzi głównie wskutek naruszenia wiązań między włóknami, krawędzie przeciętych arkuszy tworzą powierzchnię o znacznej chropowatości, natomiast w sytuacji, w której głównym czynnikiem jest przepiłowanie włókien – jakość cięcia jest wysoka.
W ostatnich latach znacznie wzrosły wymagania klientów co do jakości produkcji i zmniejszenia strat materiałowych. Klienci płacą i coraz większą wagę przykładają nie tylko do jakości drukowania, ale i do jakości cięcia nawet małych nakładów. Zauważają, czy cięcie gotowego produktu lub półproduktu jest proste, czy nierówne. W rzeczywistości pomyłka na krajarce i w konsekwencji nieprawidłowo przycięty stos oznacza problemy w kolejnych operacjach introligatorskich. Udowodniono, że od jakości procesu krojenia w dużym stopniu zależy sprawny przebieg złamywania, zbierania i ogólny wygląd opraw. Jakość krojenia zadrukowanych arkuszy papieru wpływa bezpośrednio na jakość produktu końcowego i efektywne zarządzanie produkcją poligraficzną. Ważne jest, aby po zakończonym procesie krojenia krawędzie arkuszy w stosie były równe i gładkie w całym nakładzie [7]. Niestety, mało doświadczony krajacz, jak również krajacz wysoko kwalifikowany może wykonać wadliwie operację krojenia. Przyczyn powstania wad przy krojeniu jest dużo. W tabeli 2 przedstawiono niektóre możliwe wady krojenia stosów papieru oraz przyczyny ich powstania [2,3].
Wydajność współczesnych krajarek jednonożowych praktycz-nie nie zależy od prędkości pracy noża, gdyż samo cięcie zajmuje 3-5 proc. czasu całego cyklu krojenia. Dlatego producenci wyposażają krajarki w różnego typu urządzenia umożliwiające zautomatyzowanie operacji pomocniczych: od wyrównania i załadowania stosów aż do automatycznego wyprowadzania pociętych stosów papieru. Coraz więcej drukarń inwestuje w automatyczne linie do krojenia wyposażone w szybkobieżną krajarkę oraz automatyczne urządzenia peryferyjne (rys. 6). Rezerwa podwyższenia wydajności procesów krojenia istnieje również w skróceniu czasu niezbędnego na wymianę zużytego noża. Belki nożowe nowoczesnych krajarek jednonożowych są wyposażone w tzw. windy do wymiany noży lub inne urządzenia pomocnicze umożliwiające nawet 10-krotne skrócenie czasu wymiany noża, co niewątpliwie podnosi wydajność całego procesu produkcyjnego krojenia stosów arkuszy papieru.
Literatura
[1] H. Kiphann. Handbook of Print Media, Technologies and Production Methods. Springer, Heidelberg 2001
[2] J. Chwedczyn, J. Szostaczuk, M. Outschar. Rezalnyje maszyny i kompleksy Polar. ST-Druck, Kijów 2004 (ros.)
[3] Cutting in Practice. POLAR MOHR, Hofheim 2006
[4] Strona internetowa firmy IKS KLINGELNBERG GmbH: http://www.interknife.com/downloads/IKS-K-118-Postpress_EN.pdf
[5] Strona internetowa firmy Dienes: http://www.dienes.com.pl/index.php?oferta=11
[6] G. Petriaszwili. Diagnostyka stanu ostrzy noży krajarek jedno- i trójnożowych. Przegląd Papierniczy, 2000, nr 2, s. 70-72
[7] T. J. Tedesco, D. Clossey, J. M. Hershey. Procesy introligatorskie i wykończeniowe współczesnej poligrafii. COBRPP, Warszawa 2008
