12.3. Технология изготовления форм электронно-механическим гравированием

12.3.1. Подготовка формных цилиндров

Нанесение основного медного слоя. Подготовка формных ци­линдров требует проведения механических, химических и электро­химических процессов. Формные цилиндры входят в комплект пе­чатной машины (это определяет диаметр и длину цилиндра) и используются многократно. Схематический разрез формного цилин­дра глубокой печати показан на рис. 12.9.

7 2 1

Рис. 12.9. Разрез фрагмента формного цилиндра глубокой печати: 1 — стальной цилиндр; 2 — слой никеля; 3 — основной медный слой; 4 — разделительный слой; 5 — «медная рубашка»

Формные цилиндры поставляются либо омедненными с основ­ным слоем меди толщиной 1,2-1,5 мм, либо без него. Во втором случае процесс подготовки поверхности цилиндров осуществляется на полиграфическом предприятии и включает следующие техноло­гические операции:

• механическая и химическая обработка поверхности стального цилиндра1\

• осаждение гальваническим способом тонкого (2-5 мкм) слоя ни­келя 2, необходимого для прочного сцепления основного медного слоя с поверхностью стального цилиндра;

• гальваническое наращивание основного медного слоя 3 толщи­ной до 3 мм;

• механическая обработка поверхности (проточка, шлифовка, по­лировка).

Дальнейшие стадии подготовки цилиндров зависят от процесса изготовления форм (см. § 12.1).

Нанесение медного покрытия. При изготовлении формы на съемной «медной рубашке» на основной медный слой наносится хи­мическим (или электрохимическим) способом тонкий (около 1 мкм) электропроводящий разделительный слой 4 (см. рис. 12.9) (серебря­ный или какой-либо другой), необходимый в дальнейшем при по­вторном использовании цилиндра для удаления гравированной «медной рубашки» после печатания.

Обеспечивается это благодаря тому, что разделительный слой предотвращает рост кристаллов на основном слое меди, вследствие чего не происходит объединения кристаллических структур основ­ного медного слоя 3 и «медной рубашки» 5. После нанесения разде­лительного слоя поверхность формного цилиндра промывается во­дой с тем, чтобы остатки используемого раствора (например, азотнокислого серебра) не попали в ванну меднения. В противном случае их присутствие может привести к снижению твердости мед­ного покрытия.

Нанесение «медной рубашки» 5 (см. рис. 12.9), толщиной 80-100 мкм проводится в сернокислых электролитах меднения, содержащих сульфат меди, серную кислоту и добавку, необходимую для повы­шения твердости меди. В процессе электролиза на электродах про­исходят следующие реакции. На аноде

Си Си*² + 2е~

При этом образуется также некоторое количество Си⁺ и в ре­зультате побочной реакции

2Cu⁺ -> Си⁺² + Си

Это приводит к появлению в ванне меднения нерастворимого мелкого медного шлама.

Основная реакция на катоде:

Си⁺² + 2е~ Си

Процесс протекает с высоким выходом по току, близким к 100%.

Расчет толщины 5 осажденного покрытия может быть проведен по формуле

э тут

g ₌ _aJ—

(12.1)

где у — плотность металла (для Си — 8,93 г/см³); э_а — электрохими­ческий эквивалент (для Си - 1,1854 г/А'час); г| — выход по току, %; / — плотность тока, А/дм²; т — продолжительность электролиза, час.

Получение медного покрытия высокого качества позволяет ми­нимизировать последующий процесс обработки поверхности. При изготовлении формы на рабочем медном слое используют получен­ный гальваническим способом слой меди, сращенный с основным и отличающийся от него повышенной твердостью.

Предварительно, в случае, если гравирование на рабочем слое меди уже осуществлялось и на форме был слой хрома, проводят сна­чала его удаление электрохимическим способом в H2SO4 (реакция 12.2) или химическим (реакция 12.3) способом в НС1:

Сг - Зе" —> Сг⁺³ (12.2)

2НҐ+ 2е~ — Н₂

2Cr + 6НС1-+ 2СгС1₃ + ЗН₂ (12.3)

Для предохранения поверхности меди от повреждений в раство­ры для расхромирования вводятся добавки.

Механическая обработка поверхности. После нанесения мед­ного покрытия («медной рубашки» или рабочего медного слоя) про­водят шлифовку и полировку поверхности. Эти операции выполня­ются на специальных станках с применением шлифовальных и полировальных камней или алмазной фрезой до получения требуе­мой шероховатости поверхности формного цилиндра.

Операции по подготовке формных цилиндров осуществляются, как правило, в единой поточной линии. Для этого используются авто­матизированные станки, гальванованны с программным управлением, объединенные транспортирующими и подъемными устройствами.

Контроль формных цилиндров. Контроль подготовленных к гравированию формных цилиндров базируется на использовании методов оценки размерных и физико-механических показателей.

Длина окружности и диаметр формного цилиндра, опреде­ляющие натяжение бумажного полотна между печатными секциями рулонной машины глубокой печати, измеряются с помощью прибо­ра, например, Digimess-P. Прибор устанавливается на поверхность цилиндра и позволяет оценить параметры г и а (рис. 12.10), а затем рассчитать длину окружности цилиндра с точностью ± 0,5 мкм.

Для большей точности измерения проводятся в режиме температурной компенсации. С помощью стоек с ин­дикатором определяются отклонения от концентричности, т.е. оценивается из­менение формы цилиндра (они не должны превышать 10 мкм).

Твердость медного покрытия форм­ного цилиндра, определяющая качество ЭМГ, измеряется методом вдавливания пирамиды Виккерса (с точностью ±1%) с помощью прибора, например, типа М/С-1, оснащенного электронно-акустическим преобразователем величины давления.

Необходимая твердость медного покрытия лежит в интервале 200-220 HV. Меньшая твердость приводит к гравированию ячеек с неровными краями, тогда как излишняя твердость меди вызывает преждевременный износ (или повреждение) алмазного резца. Разли­чия показателя твердости на цилиндрах из одного комплекта не должны превышать 10 ЯУ, а разные участки одного и того же ци­линдра не должны различаться на более чем ±2-4 HV.

Рис. 12.10. Схема измерения длины окружности и диаметра формного цилиндра: а — расстояние; г — радиус

Шероховатость поверхности цилиндра, влияющая на скольже­ние ракеля по форме при удалении краски, зависит от микрогеомет­рии омедненного формного цилиндра. Как правило, она оценивается параметром R_z и обычно составляет 0,3-0,5 мкм. Исследования пока­зали, что толщина хромового покрытия в несколько мкм практиче­ски не сказывается на величине шероховатости.

Возможные дефекты поверхности формного цилиндра. На­рушение режимов подготовки поверхности формного цилиндра мо­жет стать причиной изменения его геометрических размеров и несо­ответствия требуемым показателям, характеризующим твердость и шероховатость поверхности формы. Так, низкая твердость медных покрытий приводит к возникновению неровностей на хромирован­ной форме. Недостаточная толщина медного слоя может привести к расплющиванию ячеек, возникающему из-за большого давления в процессе печатания, и, как следствие, к искажениям градационной характеристики, а также снижению тиражестойкости форм.