Nowoczesne narzędzia do obróbki mechanicznej grzbietów wkładów w technologii łšczenia klejowego
Technologia bezszwowego łšczenia klejowego wkładów ksišżek z całkowitym cinaniem złamów (tzw. Perfect Binding) zajmuje niezmiennie wysokš pozycję w procesie produkcji poligraficznej i jest obecnie najczęciej stosowanš metodš oprawiania. W porównaniu z innymi sposobami łšczenie klejowe cechujš istotne zalety techniczno-ekonomiczne: większa wydajnoć, mniejsza pracochłonnoć, niskie koszty wytwarzania. Jakoć łšczenia klejowego zależy od wielu czynników, wród których główne to rodzaje stosowanych papierów i klejów oraz technologia obróbki grzbietu.
Stosowane w produkcji papiery drukowe i kleje introligatorskie podlegajš nieustannym zmianom. Praktyka udowadnia, że wytrzymałoć opraw łšczonych klejowo w dużym stopniu zależy od rodzaju obróbki mechanicznej grzbietów wkładów. Papier, klej i obróbka grzbietu wpływajš na siebie wzajemnie. Zwłaszcza w przypadku cišgłych zmian receptur papierów powlekanych coraz trudniej uzyskać dobre połšczenie klejowe. Często wykorzystuje się narzędzia nacinajšce, które wprawdzie podnoszš trwałoć łšczenia klejowego, ale pogarszajš otwieralnoć opraw. W sytuacji używania coraz trudniejszych do zaklejenia papierów również technika i technologia obróbki grzbietów wcišż się rozwijajš.
Celem obróbki mechanicznej grzbietu jest całkowite cięcie złamów składek oraz przygotowanie krawędzi arkuszy do dobrego połšczenia z warstwš kleju.
Efektywnoć procesu obróbki grzbietu zależy od parametrów pracy narzędzi tnšcych, geometrii zastosowanych noży i kšta działania krawędzi tnšcej na grzbiet wkładu. Tendencjš starań wszystkich producentów jest maksymalne zmniejszenie oraz precyzyjne ukierunkowanie siły działajšcej na grzbiet wkładu, stabilne prowadzenie wkładu przez sekcje frezowania i eliminowanie możliwych do uniknięcia, niepożšdanych skutków nadmiernego działania siły cinajšcej.
Zmniejszaniu wartoci siły powstajšcej w procesie obróbki grzbietu towarzyszy na ogół zmniejszanie wyginania arkuszy w kierunku pracy frezów, zwłaszcza w przypadku stępienia się ostrzy, oraz wydzielanego ciepła w strefie cięcia, a także mniejsze zużycie krawędzi narzędzi tnšcych, co łšcznie wpływa na dokładniejsze rezultaty obróbki.
Uniwersalnych systemów obróbki grzbietu jest niewiele i majš one ograniczone możliwoci. W tej sytuacji stosowane sš w liniach oprawiajšcych wymienne sekcje obrabiajšce, które zawsze muszš być dostosowane do struktury obrabianego papieru. Zastosowanie odpowiedniej obróbki grzbietu jest równie ważne jak użycie właciwego rodzaju kleju. Wszystkie metody obróbki grzbietu służš do optymalizowania powierzchni kontaktowej dla nanoszonego kleju, to znaczy polepszenia warunków zakotwiczenia arkuszy wkładu w warstwie kleju. Obróbka grzbietu jest tylko wtedy efektywna, gdy nie następuje osłabienie lub niszczenie połšczenia włókien w obszarze krawędzi arkuszy.
Różne firmy oferujš różne rodzaje urzšdzeń do oprawiania klejowego z całym wachlarzem narzędzi do cięcia złamów składek i obróbki grzbietów. Wszystkie produkowane narzędzia muszš spełniać następujšce zadania:
Ľ całkowite cięcie złamów składek na okrelonej, w zależnoci od rodzaju składki, wysokoci wkładu;
Ľ odpowiednie rozwinięcie powierzchni krawędzi każdego arkusza i grzbietu w całoci oraz maksymalne, na ile jest to możliwe, odsłonięcie włókien papieru bez pogarszania ich zakotwiczenia w strukturze arkusza;
Ľ zapobieganie gromadzeniu się na krawędziach arkuszy grzbietów fragmentów czšstek wypełniaczy, cinków i kurzu.
Proces obróbki mechanicznej grzbietów wkładów dzieli się na następujšce etapy: frezowanie główne, frezowanie wyrównujšce, rozwinięcie powierzchni grzbietu oraz czyszczenie obrobionej powierzchni.
Frezowanie główne
Zadaniem frezowania głównego jest całkowite usunięcie obszaru wkładu zawierajšcego złamy grzbietowe składek. Frezowanie główne odpowiada na ogół za zgrubny wynik obróbki. Właciwoci tak obrobionej płaszczyzny, takie jak równomiernoć cięcia i czystoć powierzchni grzbietu, nie spełniajš na ogół wymagań technologicznych. Z tych powodów po zgrubnej obróbce frezami głównymi często konieczna jest jeszcze jedna obróbka frezowaniem.
Frezowanie główne może się odbywać za pomocš dwóch rodzajów narzędzi: frezu pyłowego (rys. 1) lub frezu cinajšcego (rys. 2).
Frez pyłowy
Na tarczy nonej narzędzia przykręcone sš zęby tnšce, których forma ostrzy jest tak ukształtowana, że grzbiet wkładu nie jest obcinany równo, lecz uzyskuje się otwartš strukturę włókien z poszarpanš, szorstkš powierzchniš. Tworzy się dobre warunki do stabilnego zakotwiczenia krawędzi arkuszy w błonie klejowej. Aby uniknšć nieregularnego frezowania, ostrza zębów tnšcych powinny być okresowo ostrzone. Frez pyłowy umożliwia cinanie złamów składek grzbietów wysokociš do 5 mm oraz obróbkę wkładów o gruboci do 80 mm.
Frez cinajšcy
Na tarczy głowicy frezujšcej zamontowany jest komplet noży, których krawędzie tnšce leżš w jednej płaszczynie. Takie umieszczenie powoduje, że po frezowaniu powstaje odpowiednio gładka powierzchnia grzbietu. Dlatego tak frezowany grzbiet wkładu musi zostać jeszcze póniej dodatkowo obrobiony odpowiednimi narzędziami. Frez cinajšcy umożliwia cinanie złamów grzbietów wysokociš do 5 mm oraz obróbkę wkładów zazwyczaj o gruboci do 25-35 mm.
Do obróbki grubych wkładów (do 60 mm) i wysokich prędkoci produkcyjnych firma Mller Martini opracowała nowš podwójnš sekcję frezujšcš Twin (rys. 3). Sekcja ma dwa obracajšce się w przeciwnych kierunkach frezy cinajšce, które zostały umiejscowione naprzeciw siebie, po obydwu stronach zacisków. Zęby frezów w strefie obróbki umieszczono jak koła zębate, ale bez kontaktu bezporedniego pomiędzy zębami. Powstajšce podczas obróbki siły cięcia sš wzajemnie kompensowane, co zapobiega wyginaniu arkuszy na zewnštrz, ogranicza nagrzewanie powierzchni cięcia oraz zwiększa wydajnoć frezowania.
Frezowanie wyrównujšce
Frezowanie wyrównujšce, jak sama nazwa wskazuje, służy do wyrównywania nierównoci powierzchni grzbietu spowodowanych frezem głównym i równomiernego odsłaniania włókien papieru. Nadaje się dzięki temu powierzchni cinania optymalnš chropowatoć zwiększajšcš adhezję pomiędzy klejem i grzbietem. Frezowanie wyrównujšce jest szczególnie polecane dla wkładów o znacznej gruboci. Frez wyrównujšcy jest wyposażony w dużš liczbę ostrzy i cina grzbiet maksymalnie do 1 mm.
Nacinanie
Narzędzia nacinajšce konwencjonalnej budowy (rys. 4) służš do powiększania powierzchni krawędzi arkuszy i wspierajš mechaniczne zakotwiczanie się kleju. Optymalne nacięcia majš następujšcš geometrię: szerokoć nacięcia Đ ok. 1,0 mm, głębokoć nacięć Đ 0,5-0,8 mm i odstęp pomiędzy nacięciami Đ 6,0-8,0 mm (choć trzeba zauważyć, że istnieje pod tym względem kilka innych koncepcji). Problemami tej metody sš: zmniejszenie otwieralnoci opraw oraz częste pozostawanie resztek papieru w nacięciach i przez to uniemożliwianie wypełnienia ich przez klej, a w rezultacie Đ zmniejszanie powierzchni adhezji kleju.
Szorstkowanie (mechacenie)
Szorstkowanie ma na celu dodatkowe odsłonięcie włókien arkuszy oraz powiększenie powierzchni papieru przez wykonanie niewielkich mikronacięć.
Najprostszym urzšdzeniem szorstkujšcym jest tarcza cierna. Może ona być wykorzystana zamiast frezów wyrównujšcych do wyrównania i szorstkowania (zmechacenia). Wadš pracy tarczy ciernej jest intensywne nagrzewanie w miejscu obróbki, czego rezultatem jest częciowe zamykanie odsłoniętych krawędzi arkuszy przez roztapiajšce się rodki wišżšce masy powlekajšcej papier. Oprócz tego wytwarza się niekorzystny pył.
Najlepsze warunki odsłonięcia włókien możliwe sš, kiedy kontakt pomiędzy nożami i papierem na tym etapie jest najmniejszy. Podstawš sukcesu takiej obróbki jest zachowanie tolerancji na frezowanej powierzchni na poziomie +/- 0,1 mm. Bez precyzyjnej obróbki frezami wyrównujšcymi nie jest to możliwe.
Poczštkiem precyzyjnej obróbki z okrelonš geometriš noży była technologia szorstkowania firmy HST. Zaletš tego rozwišzania sš pracujšce przeciwbieżnie narzędzia w postaci krzyżów z ostrzami (rys. 5a). Przez jednoczesnš pracę przeciwbieżnie obracajšcych się narzędzi uzyskuje się kompensację sił nacisku noży na grzbiet wkładu, a tym samym zapobiega się wyginaniu arkuszy. Narzędzia te pracujš bez dodatkowych nacisków na grzbiet, co zmniejsza siły tarcia ostrzy noży o papier i tym samym proces odbywa się bez znacznego wzrostu temperatury obróbki. Dzięki takiemu przebiegowi obróbki włókna papieru zostajš odsłonięte bez roztapiania rodków wišżšcych (rys. 5b), co tworzy optymalne warunki do zaklejania papierów powlekanych.
W maszynach do łšczenia klejowego proponowane technologie szorstkowania coraz bardziej się upodabniajš, mimo że nazywajš się różnie, np. Microkerber (Kolbus), Fibre Rou-gher (Mller Martini) czy BREF (Wohlenberg). Zadaniem tych narzędzi jest odpowiednie wydobywanie włókien ze struktury papieru oraz nadawanie im odpowiedniej szorstkoci. Np. w narzędziu Fibre Rougher (rys. 6) składajšcym się z 36 ostrzy umieszczonych na tarczy duża liczba ostrzy wpływa na to, że warstwa cinanego materiału przypadajšca w procesie obróbki na jedno ostrze jest niewielka. To z kolei powoduje mniejsze deformacje grzbietu oraz uwalnianie mniejszej iloci ciepła, co ogranicza niepożšdane nagrzewanie. Narzędzie typu Fibre Rougher może być używane w istniejšcych maszynach stosowanych do oprawiania, zarówno wyposażonych w dwie, jak i w trzy stacje obrabiajšce.
Należy podkrelić, że przy wykonaniu mikronacięć gęsto leżšcych obok siebie o niewielkiej głębokoci odsłonięcie włókien udaje się najlepiej. W celu osišgnięcia najlepszego wyniku i uzyskania zamierzonego efektu muszš zostać zachowane okrelone proporcje pomiędzy prędkociš wkładu a prędkociš obrotowš narzędzi szorstkujšcych. Różnice pomiędzy narzędziami szorstkujšcymi różnych producentów występujš przede wszystkim w wartociach kštów ostrzy noży szorstkujšcych. Dalsze różnice polegajš na różnym kšcie ustawienia osi obrotu narzędzia w stosunku do płaszczyzny obróbki grzbietu. Poprzez precyzyjnš regulację głębokoci i odstępów mikronacięć możliwe jest dobranie parametrów obróbki do danego typu papieru. Głębokoć szorstkowania na ogół nie powinna przekraczać 0,2 mm. Odstęp pomiędzy mikronacięciami nie powinien być większy niż 1,0 mm.
Doskonale wyposażona w nowoczesne stacje obróbki grzbietów wkładów maszyna do łšczenia klejowego sama nie gwarantuje wysokiej jakoci produktu i sukcesu rynkowego. Praktyka pokazuje, że personel różnie wyposażonych maszyn jest przyzwyczajony do pewnych konkretnych ustawień i niechętnie podejmuje się zmiany narzędzi, także z przyczyn czasowych. Często również nie jest ustawiana optymalna dla konkretnego zlecenia konfiguracja narzędzi. Występowanie takich sytuacji podkrela palšcš potrzebę zwracania większej uwagi na kwalifikacje pracowników. Rozwijana i pielęgnowana wiedza oraz fachowoć obsługi zapewniajš optymalne wykorzystanie posiadanej techniki do osišgnięcia jak najwyższej jakoci końcowej opraw łšczonych klejowo.
Literatura
1. I. Heinze, D. Liebau, Klebebinden, Verlag Beruf + Schule, Itzehoe, 1994.
2. J. Wulf, ăRckenbearbeitung undderen Wirkungam ProduktÓ, Bindereport, 3/2001, s. 30-36.
3. anon. ăRckenbearbeitungstechnik Đ dem Markt angepasstÓ, Bindereport, 3/2001, s. 44-46.
4. anon. ăTwinĐFrstechnik fr Klebebinder CoronaÓ, Bindereport, 11/1999, s. 68-69.
Dr inż. Jerzy Petriaszwili jest pracownikiem IPPW, a Marcin Bednarczyk studentem V roku tego Instytutu
