3.3. Фальцовка листов

 

При изготовлении простых тетрадей, форзацев, четырехстраничных листовок и буклетов используются преимущественно простые варианты фальцовки: одно-, двух-, трех- и четырехсгибные перпендикулярные, симметричные или со шлейфом. Пер­вый сгиб образует две доли бумажного листа, четырехстраничную тетрадь, а последующие сгибы вдвое увеличивают число долей и страниц в тетради. Число долей D и страниц С, в тетра­ди зависит от числа сгибов и числа одновременно фальцуемых листов:

где z — число сгибов; N_n — число одновременно фальцуемых листов.

 

Наиболее трудоемка эта операция в производстве книг, жур­налов и многообъемной рекламной продукции книжного типа, рекламных буклетов и листовок. При печати изданий на рулон­ных ротационных машинах фальцовка отпечатанных листов исключается из схемы брошюровочно-переплетных процессов, так как выполняется фальцаппаратами этих машин. В зависи­мости от вида продукции, поверхностной плотности бумаги, тиража и объема производства фальцовку бумаги и оттисков производят вручную, на малоформатных настольных или на стационарных кассетных и комбинированных фальцевальных машинах.

3.3.1. ТЕХНОЛОГИЯ ФАЛЬЦОВКИ

Ручная фальцовка. Ручная фальцовка применяется на ма­лых полиграфических предприятиях, при малой загрузке фальц- отделения, малых тиражах и допечатках. Ее выполняют пере­плетной косточкой-гладилкой на горизонтальном столе с шири­ной столешницы, несколько большей диагонали листов. Стопу оттисков высотой до 6 см укладывают на столе сигнатурой со звездочкой вверх. Сигнатура со звездочкой должна располагать­ся в правом верхнем углу при двухсгибной фальцовке и в неж­ней половине листа — при трех- и четырехсгибной. Стопу не­много распускают, образуя «лесенку» на левом ее краю, чтобы листы легко отделялись с правой стороны. В процессе фальцов­ки незапечатанной бумаги рабочий правую половину листа на­кладывает на левую, выравнивает по боковым и нижним кром­кам, проглаживает сгиб гладилкой снизу вверх и поворачивает сложенный пополам лист сгибом к себе. Далее эти операции по­вторяются в таком же порядке до получения готовой тетради, но перед четвертым (или перед третьим при фальцовке бумаги толщиной более 90 мкм) сгибом верхний сгиб разрезается но­жом, чтобы предотвратить образование морщин в верхнем ко­решковом углу разворота тетрадей. При фальцовке незапечатан­ной бумаги в один сгиб одновременно фальцуют по 5-10 листов — в зависимости от толщины бумаги.

Машинная фальцовка. Фальцовка массовой продукции про­изводится на автоматических кассетных или комбинированных фальцевальных машинах. Фальцевальные машины состоят из круглостапельных, плоскостапельных или палетных самонакла­дов, обеспечивающих полистную подачу бумаги или оттисков, транспортных столов с механизмами равнения листа и фаль­цуемой тетради, кассетных (или кассетного) и ножевых фальце­вальных аппаратов и приемно-выводных устройств.

Перед обработкой каждого тиража производится переналад­ка всех исполнительных механизмов фальцмашины. Регулиров­ки на самонакладе и транспортных столах выполняются с уче­том формата, толщины и массы фальцуемых листов, а в фальц- секциях — с учетом варианта фалвцовки, толщины бумаги и полуфабриката, упругих свойств бумаги. В самонакладах стопу бумаги или оттисков располагают по оси машины так, чтобы по первому транспортному столу листы двигались короткой верной кромкой вперед, а длинной верной кромкой приталкивались к
направляющей (выравнивающей) линейке. Регулируется также система раздува и полистной подачи листов, контрольного уст­ройства, предотвращающего одновременную подачу двух лис­тов. На транспортном столе направляющая линейка устанавли­вается так, чтобы передняя кромка листов в момент подхода к первой фальцсекции была строго параллельна оси подающих фальцваликов. Это обеспечивается не только точным положе­нием линейки относительно верной кромки движущегося лис­та, но и подбором грузовых шариков: чем выше поверхностная плотность, толщина и жесткость листа, тем больше должна быть масса сменных пластмассовых, стеклянных, фарфоровых или металлических шариков в обойме направляющей линейки.

В первой фальцсекции упоры кассеты устанавливаются с уче­том положения первого сгиба относительно короткой верной кромки листа, а при параллельных сгибах—и упоры соответст­вующих кассет; все остальные кассеты закрываются заглушка­ми (дефлекторами). После этого регулируются зазоры между фальцваликами в соответствии с требуемым вариантом фаль­цовки, толщиной, объемной массой, видом отделки и зольностью бумаги. В упрощенном виде величина зазора между фальцва­ликами определяется по формуле

Z = k_n£d,                                    (3.4)

 

где d— толщина бумаги, мкм; к_п = 0,60-0,85 — коэффициент плотности бумаги, минимальные значения которого соответст­вуют видам бумаги с объемной массой 0,65-0,75 г/см³, машин­ной гладкости, без наполнителей, а максимальные — бумаге с объемной массой 1,10-1,25 г/см³, высококаландрированной, высокозольной и мелованной.

 

В современных фальцмашинах регулировка зазоров между фальцваликами упрощена, осуще­ствляется с помощью одинарной или сфальцованной в соответ­ствии с числом сгибов полоской тиражной бумаги, которую вставляют не между фальцваликами, а между площадкой ста­нины и зажимным рычагом механизма регулировки. В кассет­ных фальцмашинах во всех последующих фапьцсекциях регу­лировки аналогичны.

В комбинированных фальцмашинах при регулировке ноже­вых фальцсекций регулируется положение бокового и передних упоров и расстояние между фальцваликами в соответствии с толщиной фальцуемой тетради, которую она будет иметь после прохождения данной фальцсекции.

При трех- и четырехсгбиной фальцовке бумаги толщиной более 90 мкм (и при фальцовке тонкой бумаги в 5 сгибов) обыч­но применяется биговка или перфорация полуфабрикатов (см. подразд. 2.4.2 и 2.4.3), что требует установки биговальных и пер­форирующих ножей и опорных дисков во второй или в после­дующих фальцсекциях. Перфорация улучшает условия образо­вания третьего и последующих сгибов за счет местного разру­шения бумаги по линии будущего фальца и уменьшения в связи с этим сопротивления бумаги изгибу в ослабленном сечении. Сквозные просечки в листе важны и для последующих сгибов, так как они облегчают выход воздуха из петли и замкнутых полостей тетради, уменьшая вероятность появления диаго­нальных морщин, неустранимых утолщений корешковых фальцев у верхнего края тетрадей. Однако при перфорации фальцуемых листов повышается процент брака из-за невоз­можности перефальцовки неправильно сфальцованных тет­радей, снижается примерно на 5% производительность ма­шин из-за увеличения риска намотки листов на фальцвали- ки, а машина загрязняется бумажной пылью. Эти недостат­ки отсутствуют при биговке листов.

Возникающая при биговке деформация снижает жесткость листа по линии бига и, что особенно важно, жесткость предыду­щего сгиба в месте пересечения его с линией биговки. Биговка значительно облегчает условия образования сгибов и является эффективным средством повышения качества фальцовки тет­радей: она повышает точность фальцовки, способствует обра­зованию плотно затянутых фальцев, обеспечивает высокий ко­эффициент спрессованности тетрадей.

В процессе фальцовки на машинах с круглостапельным са­монакладом машинист периодически загружает верхний стол самонаклада листами, приталкивая их к боковому упору и рас­пуская «лесенкой» со сдвигом в 1,5-2 мм, следит за работой ме­ханизмов машинв1 и качеством сфальцованных тетрадей.

 

3.3.2. Оценка качества фальцовки

Качество сфальцованных тетрадей и односгибных деталей книжных изданий оказывает существенное влияние на надежность работы и производительность оборудования на последующих операциях и в конечном счете — на удобочитаемость, долговечность и товарный вид издания. В процессе работы фальцовщик оценивает качество фальцовки многосгибных тетрадей по следующим показателям: правильной последовательности страниц; точности размеров и отсутствию косины корешковых полей; точности размеров верхних полей; плотности затяжки фальцев; степени их обжатия; отсутствию складок, морщин, повреждений; наличию перфорации в верхнем сгибе у тетрадей четырехсгибной перпендикулярной фальцовки; ширине шлейфа; точности размеров форзацев и других деталей и листовок по ширине и высоте; точности положения сгиба у форзацев с рисунком и окаймляющими рамками.

Правильная последовательность страниц в тетради — безусловный показатель качества, нарушение которого бракует издание. Точность фальцовки оценивается как равенство полей на смежных страницах, совмещение краев смежных полос или колонцифр, а для незапечатанной бумаги — как совмещение кромок долей листа. Допуск на точность фальцовки и отсутствие косины — 1,5-3,0 мм в зависимости от формата издания и объема тетрадей.

Плотность затяжки фальцев. Плотностью затяжки фальцев называют плотность прилегания корешковых сгибов друг к другу всех односгибных долей тетради. Неплотная затяжка фальцев — одна из причин снижения плотности шитья и шитья не по фальцам («обшивки фальцев»), что значительно снижает долговечность книжного издания. Плотность затяжки фальцев может быть определена с помощью прибора, разработанного автором, на котором индикаторным толщиномером последовательно измеряются толщина половины сфальцованной тетради и расстояние от наружного до внутреннего корешкового сгиба у нижнего края тетради. Плотность затяжки фальцев вычисляется по формуле

(3.5)

где d_т — толщина тетради, мм; l_кс — расстояние между наружным и внутренним корешковыми сгибами, мм.

Степень обжатия фальцев может быть определена коэффициентом их спрессованности [см. формулу (3.7)], определенным при минимальном давлении порядка 1 кПа (10 гс/см²), но его номинальное значение и допуски для тетрадей после фальцовки не установлены.

Отсутствие складок и морщин. Этот показатель качества оценивается визуально и поэтому субъективно, а допустимое их число и величина рельефа не установлены. Считается, что они не должны портить внешнего вида разворотов книги и недопустимы в факсимильных, сувенирных, подарочных, юбилейных изданиях.

Наличие перфорации верхнего сгиба — безусловный показатель качества тетрадей четырехсгибной перпендикулярной фальцовки. Отсутствие перфорации в таких тетрадях приводит к образованию глубоких морщин, является грубым нарушением технологической дисциплины.

Ширина шлейфа важна для четкой работы самонакладов вкладочно-швейных и ниткошвейных автоматов, раскрывание тетрадей в которых при накидке на транспортер происходит с помощью шлейфа. Этот показатель измеряется металлической линейкой с миллиметровыми делениями (ГОСТ 427-75). Номинальное значение ширины шлейфа 8 мм, допуск ±2 мм.

 

 3.3.3. Сущность явлений при фальцовке

Деформации при первом сгибе. В любом варианте фальцовки при получении первого сгиба бумага подвергается деформации изгиба. В зависимости от типа фальцевальных аппаратов сгиб образуется или на воронке, или на лезвии ножа, или в кассете, после чего формируется и уплотняется клапаном и колодкой или фальцваликами, для чего зазор в фальцваликах устанавливается несколько меньше суммарной толщины долей фальцуемого листа.

При изгибе листа толщиной d (рис. 3.9, а) по окружности радиусом R наружные по отношению к нейтральной линии слои бумаги подвергаются деформации растяжения, а внутренние — деформации сжатия. Относительная деформация растяжения при этом будет равна

(3.6)

где l_н — длина нейтральной линии листа; l_д — длина деформиро ванных слоев листа.

Относительная деформация сжатия e_с внутренней поверхности листа такая же по модулю, но имеет отрицательное значение.

Длина полуокружности нейтральной линии в зоне деформации l_н = p(R + d/2), а деформированных поверхностных слоев l_д = p(R ± d). Абсолютная деформация растяжения и сжатия поверхностных слоев Dl = l_д -l_н = d/2, а внутренних слоев понижается до нуля при приближении к нейтральной линии. Это означает, что при изгибе кроме деформаций растяжения и сжатия, вызывающих в бумаге повышение пористости и уплотнение, неизбежны значительные деформации сдвига, сопровождающиеся относительным смещением волокон, нарушением связей между ними и потерей прочности.

 

Характерно, что лист бумаги может быть сложен пополам под действием очень малой силы (например, силы тяжести mg своей верхней доли, см. рис. 3.9, а), способной вызвать значительные деформации благодаря большому соотношению плеч СО:АО и СО:ВО действующих моментов сил. Расчеты показывают, что сила тяжести верхней доли листа всего в 0,1 Н (~10 гс) вызывает напряжение у линий фальца около 2,5 МПа (25 кгс/см²), убывающее по линейному закону и падающее до нуля на нейтральной линии. Чтобы получить четкий и стойкий сгиб, в процессе фальцовки необходимо приложить давление около 5 МПа (кгс/см²) перпендикулярно поверхности сложенного листа в зоне фальца. Такое давление у стопы несфальцованных листов вызывает сравнительно небольшую деформацию сжатия (около 30%), но при фальцовке она значительно выше.

Если бы удалось получить геометрически правильный сгиб, как показано на рис. 3.9, б, то при первом сгибе относительные деформации растяжения и сжатия оказались бы равными 100%: при R = 0 e = 1,00 = 100%. Такие деформации, особенно деформации сжатия, нереальны даже теоретически, так как материя в точке В (рис. 3.9, б) не может исчезнуть. Известно, что относительное удлинение бумаги при растяжении не превышает 4,2%. Это означает, что без разрушения структуры бумаги можно получить сгиб по радиусу R = 11, 4d » 0,8 мм для обычной печатной бумаги. При сжатии печатной бумаги машинной гладкости, пористость которой достигает 60%, при давлении 5 МПа (50 кгс/см²) вытеснить весь воздух и максимально уплотнить структуру не удается; дальнейшее повышение давления приводит к относительному сдвигу волокон, нарушению молекулярных связей между ними и значительному снижению прочности бумаги.

В реальных условиях фальцовки падение прочности разных видов печатной бумаги по сгибу в зависимости от направления раскроя не превышает 30%, ожидаемого 2-3-кратного уменьшения прочности не происходит: очевидно, деформация растяжения и сжатия распространяется на более широкую область листа. При этом концы соседних волокон у наружного сгиба расходятся на значительные расстояния лишь близ поверхности бумаги поперечного раскроя, а во внутренней части сгиба волокна набегают друг на друга, образуя утолщения и многочисленные мелкие складки вдоль линии сгиба (рис. 3.9, в), которые при фальцовке толстой бумаги заметны даже невооруженным глазом.

Характер и величина разрушения связей между волокнами в сгибе различны в тетрадях с долевым и поперечным раскроем. Если сгиб происходит по машинному направлению бумаги, то в зону перегиба попадают в основном боковые разветвления волокон целлюлозы и древесной массы и небольшое количество волокон, оказавшихся под каким-либо углом к машинному направлению из-за сотрясательного движения сетки бумагоделательной машины. Сгиб в этом случае получается довольно четким, стойким, со сравнительно гладким фальцем, без изломов и искривлений.

Если же сгиб перпендикулярен машинному направлению бумаги, то в зону перегиба листа попадает основная масса целлюлозных волокон, ориентированных по машинному направлению. Наружная поверхность фальца при этом получается шероховатой, так как концы волокон освобождаются от молекулярных связей друг с другом, внутреннее утолщение бывает заметно большим, а линия сгиба — неровной. Сам фальц, несмотря на разрушения около 30% толщины листа, стремится вернуть свою первоначальную форму.

Деформации при втором сгибе. При втором параллельном сгибе условия перегиба внутренней доли листа подобны условиям образования первого сгиба. Наружная доля при этом огибает внутреннюю по радиусу, равному толщине бумажного листа: R = d. Относительная деформация растяжения и сжатия поверхностных слоев наружной доли листа при плотном прилегании листочков в сгибе, рассчитанная по формуле (3.6), ровно в 3 раза меньше, чем у внутренней доли листа, что приводит к меньшему разрушению структуры бумаги, но к большей способности сгиба к самовосстановлению.

Деформации листа при перпендикулярных сгибах. В механизме получения второго перпендикулярного сгиба есть три важные особенности. Первая состоит в том, что жесткость одного края односгибной тетради у сгиба значительно отличается от жесткости остальной ее части. Вследствие этого в кассетных фальцевальных аппаратах происходят неравномерный прогиб бумажной петли перед ее захватом фальцующими валиками и отставание захвата петли у кромки листа, имеющего сгиб. Вторая особенность заключается в том, что наружная доля листа огибает внутреннюю по радиусу, равному толщине листа, и при плотном к ней прилегании оказывается уже внутренней, выжимая ее на величину С_n = pd/2, а в многосгибных тетрадях — на величину pdC_n/4 - 1 (рис. 3.10).

 

Однако по кромке первого сгиба обе доли листа составляют единое целое, поэтому внутренняя доля не может в этом месте сместиться относительно внешней и испытывает от внешней доли листа значительные направления сжатия, направленные по линиям первого сгиба. Третьей особенностью является то, что внутренняя половина листа, связанная с наружным первым сгибом наподобие шарнира, может поворачиваться относительно точки пересечения сгибов и по мере прохождения второго сгиба в фальцваликах постепенно вытесняется из наружной. Так как противоположная от первого сгиба часть листа относительно свободна, она заметно отодвигается от линии сгиба наружной половины листа. Эти особенности обусловливают снижение точности перпендикулярного сгиба при фальцовке листов в кассетных фальцевальных машинах, а во всех типах фальцаппаратов — неплотную затяжку фальцев и образование диагональных морщин.

При последующих перпендикулярных сгибах предыдущие подвергаются дополнительному уплотнению в фальцваликах.

 

3.3.4. Факторы, влияющие на качество и производительность фальцовки

На основные показатели качества сфальцованных тетрадей (точность фальцовки, степень обжатия фальцев и отсутствие морщин) оказывают влияние режимы фальцовки и технологические факторы. Под режимами фальцовки подразумевается величина зазора между фальцваликами и скорость работы фальцмашины, определяющие величину, время и энергию силового воздействия на фальцуемую бумагу. К технологическим факторам относятся толщина, объемная масса, зольность и влажность бумаги, направление раскроя, число сгибов и вариант фальцовки тетради, определяющие деформационные свойства бумаги и полуфабриката. На производительность фальцовки оказывают влияние в основном формат (длина) и толщина бумаги и вариант фальцовки.

Режимы фальцовки. Величина зазора между фальцваликами, предварительно устанавливаемая при подготовке фальцмашины к работе [см. подразд. 3.3.1 и формулу (3.4)], определяет удельную силу обжима фальцев; в процессе фальцовки она должна дополнительно регулироваться с учетом числа сгибов и варианта фальцовки. Технологически необходимая удельная сила сжатия фальцуемой тетради в фальцваликах должна возрастать с увеличением суммарной толщины и числа обжимаемых фальцев. Чтобы получить высокую степень обжатия фальцев, при 1-3-сгибной параллельной фальцовке она должна возрастать от 0,12 до 0,40 кН/м (кгс/см), а при 2-4-сгибной перпендикуляр ной фальцовке — от 0,20 до 2,5 кН/м (кгс/см).

Скорость работы фальцмашины существенно влияет на точность фальцовки тонкой бумаги с малой объемной массой и, следовательно, жесткостью, так как такая бумага легко деформируется в момент равнения листа по упорам кассет и ножевых фальцсекций. Чтобы получить точность фальцовки высокого уровня тонкой бумаги, скорость работы машины приходится снижать.

Другие параметры режимов обработки, влияющие на результат силового воздействия на материалы, — время обжима сгибов и температура материала — в повседневной практике фальцовки существенно не изменяются, поэтому их влиянием на качество фальцовки можно пренебречь.

Технологические факторы. Толщина бумаги. При фальцовке тонкой бумаги меньше абсолютные деформации растяжения и сжатия в сгибах и высокоэластические восстанови тельные силы, поэтому степень обжатия фальцев у тетрадей из тонкой бумаги при одинаковой удельной силе в фальцваликах всегда выше, чем при фальцовке толстой бумаги. Высокая точность фальцовки тонкой бумаги достигается за счет снижения инерционных нагрузок при снижении скорости работы оборудования.

При перпендикулярной 3-4-сгибной фальцовке относительно толстой бумаги (толщиной более 90 мкм) возрастает сила, действующая на внутренние доли тетради (см. рис. 3.10), что приводит к образованию диагональных морщин на внутренних разворотах тетрадей. Разрезка, перфорация или биговка предпоследнего верхнего сгиба позволяют устранить этот дефект, но требуют некоторого снижения скорости работы оборудования.

Объемная масса бумаги. Структура каландрированной, высококаландированной и мелованной бумаги с большой объемной массой (³ 0,85 г/см³) многократно и сильно уплотнялась в процессе их производства, поэтому такая бумага позволяет получать четкий фальц и высокую степень его уплотнения при одинаковой удельной силе сжатия в фальцваликах.

Зольность бумаги. В бумаге с большим содержанием наполнителя связь между волокнами целлюлозы ослаблена и значительно нарушается в сгибах, поэтому высокозольная бумага теряет при фальцовке до 80% прочности на разрыв; высокую степень обжатия фальцев у такой бумаги можно получить при малой удельной силе в фальцваликах. При образовании сгибов в бумаге с малым содержанием наполнителей прочность надмолекулярной структуры бумаги изменяется значительно меньше, а прочность на разрыв уменьшается не более чем на 30%. Для получения высокой степени обжатия фальцев у тетрадей из такой бумаги требуется большая удельная сила в фальцваликах.

Влажность бумаги. С увеличением влажности бумаги прочные водородные связи между молекулами целлюлозы в волокнах заменяются относительно слабыми мостиковыми связями через диполи воды (см. подразд. 1.1.5), поэтому при сравнительно малом силовом воздействии на бумагу с повышенной до 10-12% влажностью можно получить значительные остаточные деформации в сгибах при малом разрушении надмолекулярной структуры волокон целлюлозы.

Устройства для увлажнения бумаги перед печатанием и фальцовкой, к сожалению, широкого распространения не получили, но кондиционирование воздуха в печатных цехах и в фальцевальных отделениях может способствовать повышению качества как печати, так и фальцовки.

Направление раскроя. Сгиб получается ровным, гладким, с минимальной потерей прочности бумаги на разрыв, если фальцовка обеспечивает так называемый долевой раскрой, когда машинное направление бумаги совпадает с линией последнего сгиба. Для получения долевого сгиба с высокой степенью обжатия фальцев удельную силу сжатия в фальцваликах следует увеличивать. При поперечном раскрое удельная сила сжатия сгибов в фальваликах должна быть минимальной, так как высокое давление может вызвать значительное разрушение бумаги на сгибах и снизить тем самым долговечность книжного издания.

Число сгибов и вариант фальцовки. С увеличением числа сгибов от одного до трех для получения высокой степени обжатия фальцев при параллельной фальцовке удельную силу сжатия в фальцваликах необходимо увеличивать примерно трехкратно. Комбинированная и особенно перпендикулярная фальцовка требует многократного увеличения удельной силы обжима в фальцваликах.

Производительность фальцовки. В книжно-журнальном производстве фальцовка — весьма трудоемкая операция, удельный вес которой среди основных операций брошюровочно-переплетных процессов возрастает с увеличением объема книжного издания. При ручной фальцовке листов трудоемкость фальцовки зависит в основном от формата фальцуемых листов и числа сгибов. При изготовлении тетрадей большого формата по сравнению со средним трудоемкость односгибной фальцовки возрастает на 15,6 %, а трехсгибной — на 8,8 %. Увеличение числа сгибов тетрадей от одного до двух и трех сопровождается увеличением трудоемкости изготовления тетрадей среднего формата в 2,2 и 3,5 раза, а тетрадей большого формата — в 2,1 и 3,3 раза.

При машинной фальцовке на трудоемкость операции влияют в основном вариант фальцовки и длина листов. Трудоемкость минимальна при параллельной фальцовке: на современных фальцмашинах она требует 1,3-2,0 мин на 1 тыс. тетрадей в зависимости от длины листа. Двухсгибная перпендикулярная фальцовка повышает трудоемкость фальцовки в 1,25-1,43 раза, а трехсгибная перпендикулярная — в 2,0-2,67 раза по сравнению с параллельной фальцовкой. Полуторакратное увеличение длины листа при параллельной фальцовке повышает трудоемкость операции на 33%, а при перпендикулярной — на 25%. Большая толщина бумаги требует более частой загрузки самонакла дов и иногда снижения скорости фальцовки, но трудоемкость операции при этом повышается незначительно. Машинная фальцовка позволяет в 20-100 раз сократить время, необходимое на переработку оттисков на этой операции.