43715

Дослідження методів обробки пластикових матеріалів при виготовленні пакування

Дипломная

Производство и промышленные технологии

В результаті розробки проекту необхідно забезпечити високу продуктивність гнучкість оперативність випуску високоякісної продукції. Сучасні тенденції виробництва пластикового пакування в Україні Сучасні тенденції розвитку ринку пакувальної продукції України Використання полімерних матеріалів при виготовленні поліграфічної продукції Види полімерних матеріалів що використовуються у поліграфії Система маркування пластику Переробка пластикових відходів Етапи і методи переробки пластикових відходів

Украинкский

2013-11-06

12.3 MB

48 чел.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ,

МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«Київський політехнічний інститут»

Видавничо-поліграфічний інститут

Кафедра технології поліграфічного виробництва

До захисту допущено

Завідувач кафедри

__________ проф. Киричок П. О.

«___» ______________ 2011 р.

МАГІСТЕРСЬКА ДИСЕРТАЦІЯ

до дипломного проекту освітньо-кваліфікаційного рівня

«МАГІСТР»

спеціальності 8.092701 «Технологія друкованих видань»

на тему:

«Дослідження методів обробки пластикових

матеріалів при виготовленні пакування»

Студентка групи СТМ-51 _____________   О. В. Богіш

Науковий керівник,  _____________   Т. Ю. Киричок

к.т.н., доцент

Консультанти:

з техніко-економічного

обґрунтування,   _____________   Я. В. Котляревський

доц., к.е.н.

з розділу охорони праці

і довкілля,    ______________   Ю. П. Мамонов

доц., к.т.н.

Київ—2011

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Видавничо-поліграфічний інститут

Кафедра технології поліграфічного виробництва

Напрям підготовки 0515 «Видавничо-поліграфічна справа»

спеціальність 8.092701 «Технологія друкованих видань»

       

ЗАТВЕРДЖУЮ

Завідувач кафедри

___________ П. О. Киричок

«___» ___________ 2011 р.

ЗАВДАННЯ

на дипломний проект освітньо-кваліфікаційного рівня

«МАГІСТР»

студентці Богіш Ользі Василівні

1. Тема: Дослідження методів обробки пластикових матеріалів при виготовленні пакування,

затверджена наказом по університету від «___» _______ 20__ р. № _____

2. Термін здачі студентом закінченого проекту «10» червня 2011 р.

3. Вихідні дані до проекту: сучасний стан розвитку поліграфічного виробництва; зокрема технології, техніки, комп’ютеризації, автоматизації та організації виробництва; наукова література по темі проекту; нормативно-технічна документація.В результаті розробки проекту необхідно забезпечити високу продуктивність, гнучкість, оперативність випуску високоякісної продукції.

4. Перелік питань, які мають бути розроблені: Реферат. Вступ. 1. Сучасні тенденції виробництва пластикового пакування в Україні. 2. Методика проведення експериментальних досліджень. 3. Результати дослідження. 4. Розроблення рекомендацій по виготовленю пакувань з використанням технологій обробки пластику. 5. Детальна розробка технологічного процесу. 6. Охорона праці та довкілля. 7. Техніко-економічне обґрунтування проекту. Висновки. Список використаних джерел. Додаток

5. Перелік графічного (ілюстративного) матеріалу:

1.________________________________________________________________________________________________________    –    плакат  формату А1;

2. ___________________________________________________________

____________________________________________    –    плакат  формату А1;

3.________________________________________________________________________________________________________    –    плакат  формату А1;

4. ___________________________________________________________

____________________________________________    –    плакат  формату А1;

5._______________________________________________________________________________________________________    –    плакат  формату А1;

6. _________________________________________________________

____________________________________________    –    плакат  формату А1.

6. Консультанти по проекту, із зазначенням розділів проекту, що їх стосуються:

Консультант з охорони праці _____________ доц., к.т.н. Ю. П. Мамонов

Консультант з техніко-економічного

обгрунтування             ______________ доц., к.е.н. Я. В. Котляревський

7. Дата видачі завдання __ _________ 2010 р.

     

Науковий керівник доц. Киричок Т.Ю.   ____________

Завдання прийняла до виконання               ___________ (Богіш О.В.)

  ЗАТВЕРДЖУЮ

  Науковий керівник

  дипломного проекту

  доц. Киричок Т.Ю.

  ____________________

        «__» ___________ 2010 р.

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН-ГРАФІК

виконання дипломного проекту

студентки Богіш Ольги Василівни

п/п

Назва етапів дипломного проекту

Термін

виконання

Позначки

керівника

про виконання завдань

Вступ

07.09.2010 р.

1.

Сучасні тенденції виготовлення пласти кого пакування в Україні

17.09.2010 р.

2.

Методика проведення експериментальних досліджень

27.10.2010 р.

3.

Результати дослідження

25.11.2010 р.

4.

Розроблення рекомендацій по виготовленю пакувань з використанням технологій обробки пластику

09.01.2011 р.

5.

Детальна розробка технологічного процесу

28.02.2011 р.

6.

Охорона праці та довкілля

27.03.2011 р.

7.

Техніко-економічне обґрунтування

03.05.2011 р.

Оформлення пояснювальної записки та графічного матеріалу

05.06.2011 р.

Здача проекту на кафедру для рецензування

10.06.2011 р.

Студентка  ___________________________  (Богіш О.В.)

РЕФЕРАТ

Дипломний проект з теми «Дослідження методів обробки пластикових  матеріалів при виготовленні пакування» містить 160 сторінок комп’ютерного складання, 48 рисунків, 20 таблиць, список використаних джерел включає 73 бібліографічних найменувань.

Об’єктом дослідження є  методи обробки пластикових матеріалів для виготовлення пакування. У дисертації розроблено класифікацію методів обробки пластику та класифікацію методів обробки пластику при висіканні, технологічну блок-схему виготовлення пакування з пластику. 

У пояснювальній записці проаналізовано сучасний стан та тенденції розвитку пакувальної галузі з використанням полімерних матеріалів, способи оздоблення та обробки поверхні пластику для виготовлення пакування, зокрема способи механічної обробки, такі як висікання, бігування, вирубка та лазерної – лазерне різання та гравіювання. Проведено експериментальні дослідження у реальних умовах виробництва та встановлено найкращу залежність сил на розрив та розтяг від геометричних параметрів параметрів пазу. Виконано статистичну обробку отриманих експериментальних даних. Здійснено техніко-економічне обґрунтування запропонованого устаткування, запропоновано методи і засоби з охорони праці.

Ключові слова: пакування, пластик, поліпропілен, висікання, бігування, лазерна обробка, штанцформа, ріжучі лінійкі, бігувальні лінійки, вирубка.

RESUME

Explanatory note to the master's thesis on the subject: Research methods of processing plastic materials in the manufacture of packaging” contains 160 pages of computer drafting, 20 tables, 48 pictures, 73 biography names from references.

The object of research is the methods of processing plastic materials for packaging production. It was made the classification of plastic processing techniques and classification methods of processing plastic for carving, technological flow chart of plastic packaging production.

There is an analysis of the current situation and trends in the packaging industry with the use of polymeric materials, methods of decoration and surface treatment for making plastic packaging, including methods of machining such as dye cutting, creasing, cutting and Laser methods – Laser cutting and engraving in the paper. It was made an experimental study in the actual production conditions and established the best relationship of forces in the gap and stretching from the slot’s geometrical parameters. A statistical processing of experimental data was made. It was carried out a feasibility study of the proposed equipment, methods and tools for safety.

Keywords: packaging, plastic, polypropylene, diecutting, creasing, laser processing, diecutting form, cutting ruler, creasing line, cutting.

ЗМІСТ

Ст.

Вступ

9

1. Сучасні тенденції виробництва пластикового пакування в Україні

10

  1.  Сучасні тенденції розвитку ринку пакувальної продукції України

10

  1.  Використання полімерних матеріалів при виготовленні поліграфічної продукції

17

  1.  Види полімерних матеріалів, що використовуються у поліграфії

19

  1.  Система маркування пластику

25

  1.  Переробка пластикових відходів

26

  1.  Етапи і методи переробки пластикових відходів

27

  1.  Способи забруковування поверхні пластику

28

  1.  Обробка та способи обробки пластику

30

  1.  Висікання та бігування

31

  1.  Форми для плоского штанцювання

39

  1.  Стадії виготовлення штанцформ

43

  1.  Технологічні можливості при виготовлення штанцформ

46

  1.  Вирубка

48

  1.  Лазерна обробка

50

  1.  Вибір після друкарського обладнання

55

  1.  Вибір висі кального устаткування

55

  1.  Вибір різального обладнання

58

  1.  Вибір обладнання для ламінування

63

Висновки до розділу 1

68

  1.  Методика проведення експериментальних досліджень

69

  1.  Методика вимірювань

76

Висновки до розділу 2

83

  1.  Результати дослідження

84

Висновки до розділу 3

93

  1.  Розроблення рекомендацій з вдосконалення технологічних режимів при висіканні/бігуванні

94

Висновки до розділу 4

100

  1.  Детальна розробка технологічного процесу

101

Висновки до розділу 5

115

  1.  Охорона праці та довкілля

116

  1.  Загальні засади організації охорони праці на підприємствах та організаціях

116

  1.  Аналіз виробничого приміщення цеху після друкарської обробки

119

  1.  Опалення, вентиляція та кондиціонування повітря виробничих приміщень

121

  1.  Організація виробничого освітлення

123

  1.  Вентиляція

127

  1.  Пожежна безпека

127

  1.  Електробезпека

129

Висновки до розділу 6

131

  1.  Техніко-економічне обґрунтування проекту

132

Висновки до розділу 7

152

Висновки

153

Список використаних джерел

154

Додаток

ВСТУП

Об’єктом даної роботи є методи обробки пластикових матеріалів для виготовлення пакування. Головним призначенням пакування являється надійне та безпечне зберігання товару, а для цього йому необхідно надати форми, яку воно буде добре тримати. Для цього застосовуються спеціальні методи обробки, в чому і полягає особливість роботи.

За обсягом виробництва пакувальна галузь багато в чому визначає стан і розвиток національної економіки певної країни. Збільшення обсягів виробництва пакувань пояснюється, зокрема, зростаючим асортиментом продукції, появою сучасних пакувальних матеріалів, нових видів пакувань та стрімким розвитком технологічних можливостей. Потрібно зробити акцент на тому, що за рахунок збільшення асортименту товарів збільшуються и вимогу до їх упаковки. Одним із матеріалів, що забезпечує високі міцнісні та захисні  характеристики товарів є пакування з пластику.  Саме пакування з пластику є другим за важливістю пакувальним матеріалом, що виробляється в Україні.

Оскільки попит на пакування з пластику з кожним роком зростає, то необхідність в покращенні методів його обробки також збільшується, тому і вибір теми вважається доцільним і актуальним.

Метою роботи є дослідження впливу різних методів обробки на різні види пластику, класифікація методів обробки пластикових матеріалів при виготовленні пакування, розробка технологічного процесу виготовлення паковання з пластику, розробка алгоритму технологічного процесу висікання.

Завданням комплексного дипломного проекту є аналіз сучасних методів обробки пластикових матеріалів, вивчення особливостей технологічних процесів обробки, розробка алгоритму технологічного процесу висікання. Обгрунтування вибору устаткування для виготовлення видання та проведення техніко-економічного аналізу при порівнянні двох технологій обробки пластику, розробка блок-схеми технологічного процесу виготовлення пакування.

1. Сучасні тенденції виробництва

пластикового  пакування в Україні

  1.  Сучасні тенденції розвитку ринку                                                пакувальної продукції України

Сучасний світ неможливо уявити без упакування. Аналіз свідчить, що за своїми соціально-економічними функціями, обсягом виробництва, ступенем використання досягнень науки й техніки ця галузь висувається в перші ряди та визначає деякі загальні показники національної економіки. Обсяг виробництва таропакувальної продукції у світі оцінюється в 400 – 500 млрд. дол. США, що значно більше, ніж в авіа- та суднобудівництві разом взятих. Згідно з останніми даними Світової організації упакування (WPO) та Британського дослідницького об'єднання PSRA, світовий ринок упакування щорічно зростає на 4,2%. Особливо суттєве зростання має місце в Індії (14,2%) та Китаї (8,2%). Що стосується країн Східної Європи, то попереду Польща, де щорічний приріст сягає 11,0% [13].

В Україні, як і у всьому світі, спостерігається стійкий розвиток пакувальної індустрії. Обсяг продукції цього напряму в 2010 р. збільшився порівняно з 2007 р. на 18,0% і становить 5,4 млрд. грн. Найбільші обсяги продукції пакувальної галузі споживає агропромисловий комплекс, який динамічно розвивається та в останні 5 років демонструє позитивне сальдо. На рисунку 1.1 представлена структура споживчої упаковки в Україні, станом на 2010 рік.

Рис.1.1. Діаграма розподілу українського ринку пакування за матеріалами, станом на 2010 рік

Що стосується ринку упакування України, то слід стисло розглянути її скляний, паперовий, картонний та полімерний сегменти й виробництво пакувального обладнання.

Скляна тара, що виробляється в Україні, за якістю в цілому не поступається західній, але набагато бідніша за неї за асортиментом. Найбільш різноманітний вибір серед українських виробників склотари пропонує ВАТ «Вільногорське скло» (м. Вільногорськ Дніпропетровської області), яке забезпечує понад 25,0% склотари України. Асортимент продукції зазначеного підприємства складає близько 150 найменувань у широкій цвітовій гаммі. ЗАТ «Консюмерскло — Зоря» Ровенської області спеціалізується на виготовленні ексклюзивної склотари [12].

Потреба українського ринку в картонному та паперовому упакуванні на 90,0% задовольняється вітчизняними підприємствами. Рубіжанський, Жидачівський та Київський целюлозно-паперові комбінати (ЦПК) забезпечують, за даними компанії Drink-Plus, до 80,0% виробництва гофрокартону в країні. До найдинамічніших підприємств, що розвиваються, слід віднести Жидачівський ЦПК, який протягом останніх десяти років щорічно підвищував виробництво паперу на 14,0-24,0%, випускаючи близько 70,0 тис.т. паперу та картону. Комбінат поширює свої можливості на внутрішньому ринку, а також експортує власну продукцію до Болгарії, Туреччини та Ірану. Частка підприємств, що входять до асоціації «Укрпапір», у загальному обсязі целюлозно-паперового виробництва в Україні перевищує 80,0%, або 1,3 млрд. грн. Фахівці вважають, що картон, а точніше гофрокартон, є найбільш привабливим серед представників торгівлі, бо тільки цей матеріал може задовольнити найвибагливішим смакам та побажанням. Завдяки пакуванням із гофрокартону є можливість суттєво заощаджувати час на вантажно-розвантажувальні роботи, розміщувати товар на полицях, щоб його одразу ж помічали покупці. Нині три чверті всіх товарів, які транспортуються, упаковано в гофрокартон. Завдяки гофрокартону пакувальна галузь одержує відчутні переваги від процесів імпортування та адаптації, активності у сфері комунікації. Гофрокартон не має жодних негативних наслідків щодо забруднення навколишнього середовища, оскільки повторне перероблення використаних пакувань із гофрокартону цілком екологічне. Промисловість, яка виробляє гофрокартон, – один із найважливіших центрів утилізації макулатури. У свою чергу, цей матеріал на 70,0% складається із переробленої макулатури. З огляду на викладене вище, варто ще раз зазначити: гофрокартон користується й буде користуватися у майбутньому незмінним попитом, тому що це продукт, який легко піддається повторному використанню. Вважається, що коробки із гофрокартону можуть служити набагато довше, аніж з інших матеріалів, тобто вони економічно вигідні й безпечні.

Щодо пакувань з полімерних матеріалів, то жорстка поліетиленова тара виробляється в Україні близько 20 компаніями м. Києва («Терра-Пласт», «Політор», «СВП-Артси-пак»), м. Дніпропетровська («Поліпак», «Лідер»), західноукраїнських областей («Луцькпластмас», «А.С.Т.Р»), а також Харківської та Одеської областей. Слід також зазначити, що сумарний обсяг виробництва цього виду тари в Україні перевищує 1,3 млн. дол. США. Більш як 1 тис.т. поліетилену на загальну суму 2 млн. дол. США щорічно імпортується з Польщі, а також Німеччини, Російської Федерації, КНР, Румунії. Експорт поліетилену в обсязі 0,5 тис.т. спрямовується в основному до Туреччини. Таким чином, вітчизняний ринок поліетиленової тари перебуває в стадії формування.

Світовий ринок поліетиленової тари (ПЕТ) зростає в середньому на 10,0% щорічно. В Україні відповідний щорічний приріст, починаючи із середини 90-х рр., стабільно оцінюється в 15,0%. Він забезпечується використанням пакування харчовими галузями — пивобезалкогольною, масложировою, де ПЕТ відсунула традиційну склотару. У пивоварній промисловості частка ПЕТ на сьогодні незначна, але невпинно зростає. Сировина для ПЕТ-тари закуповується у країнах Азії, рідше у Європі [15].

Пластикова упаковка є другим за важливістю пакувальним матеріалом, виробленим в Україні (рис. 1.2 і 1.3). Попит на неї зростає, а місцеві гравці роблять все для того, щоб задовольнити його, здійснюючи інвестиції в нове обладнання і збільшуючи продуктивність з метою створення удосконалених продуктів, включаючи матеріал для друку та багатошаровий пластик. Як правило, виробниками в Україні є нафтохімічні компанії або їхні дочірні компанії, які широко розкидані територіально[16].


Рис. 1.2 Українське виробництво пластикового пакування за видами

У 2009 р. в Україні загальний рівень виробництва пляшок з поліетилентерефталату для напоїв склав 0,56 млн. За даними Prado, за останні роки виробництво пляшок з поліетилентерефталату зростала на 7,5-8,5% на рік, однак у майбутньому експерти очікують уповільнення темпів зростання. Пляшки з поліетилентерефталату є прозорими, легкими і досить жорсткими, щоб витримати автоматизоване наповнення. У майбутньому очікується зростання виробництва пляшок з поліетилентерефталату для гелів для душу, шампунів, кондиціонерів та побутових засобів. Пляшки з поліетилентерефталату також займають суттєву частку пивного ринку: приблизно 1,3 млн. літрів пива в Україні щорічно розливається в пляшки з поліетилентерефталату, у порівнянні приблизно з 4,5 млрд. літрів пива у всій Європі [16].

Тонка пластикова упаковка також набуває все більшої популярності. Головним чином використовується для молочних продуктів, цей вид упаковки вважається функціональним і рентабельним. Змінюються споживчі уподобання також впливають на поширення цього виду упаковки в інших секторах, наприклад, хлібобулочні вироби.


Рис.1.3. Український ринок пакування за типами та вартістю матеіалів

Картонний ламінат уперше з'явився на ринку України наприкінці 80-х рр. минулого сторіччя від шведської компанії Tetra Pak. Сьогодні за різними оцінками Tetra Pak контролює у країнах СНД 70,0 – 85,0% ринку пакувань для соків, 15,0 – 20,0% – молока, 5,0 – 10,0% – вина. ВАТ «Елопак-Фастів» – дочірнє підприємство концерну Tetra Pak – організувало в Україні виробництво молочних пакетів і тари. Більше половини обсягів виробленої продукції постачається до інших країн СНД.

З українських виробників пакувального обладнання виділяється група харківських та київських компаній — «ТФК», «Держпродукт», «Током», «Полімаш», «Інтер-маш», «Укагропак», а також Луганський «Базис». На думку експертів, зараз відбувається інтенсивне сегментування ринку, тобто виробники пакувального обладнання переходять від універсальності до більш вузької спеціалізації. Це явище поряд із позитивними моментами перешкоджає завершеності технологічного циклу, помітно зменшуючи кількість підприємств-універсалів. Але потенціал українських виробників пакувального обладнання значний, і ця підгалузь має перспективи в майбутньому [14].

Таким чином, в Україні, як і у всьому світі, за останні 20 років відбулися помітні зміни в таропакувальній галузі економіки. До проблем, що потребують вирішення, поряд із розробленням відповідної законодавчої бази, яка передбачатиме заходи щодо розвитку та підтримки вітчизняного товаровиробника, слід віднести прийняття довгострокової програми розвитку пакувальної галузі, подальшої розбудови науково-дослідницького та інформаційно-аналітичного секторів цієї галузі. До зазначених проблем слід також додати проблему підготовки та перепідготовки кадрів для всіх секторів пакувальної індустрії. Як відомо, пакування виробляють такі галузі, як нафтохімічна, скляна, деревообробна, картонно-паперова, металургійна. Вимоги до упакування в різних сферах виробництва та обігу також різні, тому що упакування бере участь у багатьох процесах, зокрема таких, як:

  1.  виробництво тари та пакувань;
  2.  складське господарство;
  3.  маркетинг;
  4.  торгівля;
  5.  транспорт;
  6.  логістика.

Говорити про розвиток ринку пластикової упаковки в умовах кризи не доводиться, основною стратегією українських виробників стає утриматися «на плаву». Питання ціни продукту виходить на перший план, не дивлячись на шкоду якості.

Однак, незважаючи на всі негативні тенденції, як показали попередні економічні потрясіння, харчова галузь досить стійка в порівнянні з іншими. Виходячи зі всього вище сказаного можна зробити висновок, що [16]:

– Розвиток ринку упаковки безпосередньо залежить від стану купівельного попиту населення України і, в свою чергу, розвитку ринку ретейлу.

  1.  Пластикова упаковка активно витісняє папір, картон та скло.
  2.  В Україні істотно зросло число вітчизняних і спільних підприємств, продукція яких витісняє імпорт
  3.  Основна частка споживчої пластикової упаковки припадає на харчову промисловість.
  4.  Більша частина пластикової упаковки для харчової промисловості випускається з поліпропілену.
  5.  Основні світові тенденції у виробництві пластикової упаковки: матеріали з високими бар'єрними властивостями, що консервують і знезаражувальні матеріали, інтеграція процесів пакування та технологічної обробки, матеріали зі спеціальними функціями, які матеріали, що розпадаються.
  6.  Під впливом кризи попит на пластикову упаковку продовжить зміщуватися у бік більш дешевих варіантів.
  7.  Використання полімерних матеріалів при виготовленні поліграфічної продукції

Останнім часом все більше поліграфічної продукції виготовляється з використанням різних полімерних матеріалів. І для цього існує досить багато причин. Характерним є те, що посилюються технічні вимоги до продукції (необхідні більш висока міцність, жорсткість, вологостійкість), необхідне посилення захисних властивостей (наприклад, для упаковки), а також підвищуються вимоги до зовнішнього вигляду продукції [4].

Для забезпечення вище перерахованих вимог до готової продукції можуть бути використані наступні властивості полімерних матеріалів: міцнісні характеристики, колір, прозорість [4].

Міцність. Відомо, що у більшості полімерних матеріалів міцність на розрив істотно вища, ніж у паперу або картону, навіть при однаковій товщині. Крім того, різноманітність полімерних матеріалів дозволяє підібрати для виготовлення того чи іншого виробу певний вид пластику, характеристики якого найкращим чином підходять для поставленої задачі. Полімери можуть бути як дуже жорсткими (продукція з них добре тримає форму), так і, навпаки, дуже пластичними та гнучкими, які дозволяють, наприклад, виготовляти етикетки, і відповідно точно повторюють форму тари, на яку вони приклеюються.

Також у полімерів істотно вища стійкість до стирання і деформації. Деякі матеріали можна зігнути і розігнути, при цьому на них не залишиться жодного сліду, тоді як на звичайному папері або картоні в місці згину залишиться слід, позбутися якого неможливо. Висока стійкість до стирання дозволяє використовувати полімери для захисту деяких поліграфічних видань від швидкого зносу, наприклад, обкладинок або видань інтенсивної експлуатації – географічних карт. Тут є два шляхи: можна віддрукувати спочатку на папері, після чого нанести на нього полімерне покриття (ламінувати), а можна відразу віддрукувати на пластику.

Колір. Дуже багато полімерних матеріалів випускається заздалегідь зафарбованими в той чи інший колір. Причому пофарбовані полімери досить популярні, і відповідно можуть виявитися дуже яскравими і насиченими за кольором, перевершуючи за цим параметром папір або картон. Це ще одна причина використання полімерів при виготовленні деяких поліграфічних виробів.

Причина більш високої насиченості кольору у полімерів пояснюється досить просто. Просторові молекулярні ланцюги структури полімеру на відміну від молекул целюлози дуже добре утримують пігмент і дозволяють домогтися більш високої його об'ємної концентрації. У поєднанні з різними видами обробки поверхні (наприклад, високої гладкості, що недосяжно для звичайних видів паперу) на полімерних матеріалах можна отримати дуже ефектні результати. До речі, білим (призначеним для багатоколірного друку) полімер може бути як за рахунок спеціальних білих наповнювачів, так і за рахунок спеціально створеної структури. А оскільки полімер здатний утримати в собі набагато більше пігменту, ніж целюлоза, він може мати більшу білизну, ніж найдорожчий сорт паперу, але меншу прозорість.

Прозорість. Дуже часто саме прозорість (або напівпрозорість) змушує багато друкарень вдаватися до використання полімерів. Останнім часом дуже популярна прозора декоративна упаковка для престижних виробів або подарунків. Головна її перевага полягає в тому, що вміст видно відразу, коробку навіть не потрібно відкривати.

Вологостійкість. Продукція, надрукована на папері, сильно піддається впливу вологи. Навіть невелика кількість води, що потрапила на журнал чи книжку, може повністю їх зіпсувати. Але існує досить велика кількість виробів, які в силу необхідності вимушені контактувати з водою або атмосферної вологою. Саме їх потрібно ламінувати, лакувати або друкувати на пластику. У кожного з цих способів захисту є свої переваги і недоліки, і рішення про використання того чи іншого кожного разу має прийматися індивідуально, але важливий сам факт такої можливості виготовлення виробів з полімерних матеріалів.

Хімічна стійкість. І в побуті, і на виробництві в сучасному світі використовується величезна кількість різних хімікатів. І, звісно, ​​всі вони повинні бути належним чином упаковані, забезпечені інструкціями, ярликами та етикетками. При цьому важливо розуміти, що хімічні речовини можуть мати  різну хімічну активність. Так, наприклад, попадання навіть слабкої кислоти на папір здатне його зіпсувати. Також багато органічних розчинників можуть пошкодити фарбу на упаковці або етикетці. Тому правильний підбір матеріалів для пакування та супровідної документації для такої продукції стає дуже важливим. В такій ситуації використання полімерного пакування може стати вирішенням багатьох проблем.

  1.  Види полімерних матеріалів, що використовуються у поліграфії

У поліграфії використовуються майже всі існуючі в сучасному світі полімери, оскільки на них, як правило, необхідно наносити певне зображення. Повний список існуючих в даний час полімерів практично неможливо відтворити, оскільки, він мало не щодня змінюється і поповнюється завдяки новітнім розробкам [19].

В поліграфії (частіше при традиційному офсетному або трафаретному друці) найбільш часто застосовуються такі пластики:

– Полістирол (ПС). Прозорий жорсткий матеріал. Випускається як повністю прозорим, так і тонованим. Крихкий, тому не використовується для виробів, що піддаються навантаженням.

– Полівінілхлорид (ПВХ). Листовий матеріал з гладкою поверхнею, випускається матовим або глянцевим. При додатковій обробці поверхні коронним розрядом може задруковуватися офсетним способом. Легко формується, деформується. Часто застосовується для друку пластикових або гральних карт.

– Поліпропілен (ПП). Листовий матеріал, випускається прозорим і тонованим (існує велика різноманітність кольорів). Перевага цього матеріалу в тому, що його легко обробляти на тому ж обладнанні, на якому виготовляють картонну упаковку.

–  Поліетилентерефталатгліколь (ПЕТГ). Листовий матеріал з гладкою або матовою поверхнею, прозорий, тонований або кольоровий. Відрізняється високою міцністю і високою хімічною стійкістю. Обробляти дещо складніше, ніж ПП. Добре використовувати для виробів, призначених для експлуатації на вулиці, так як він добре переносить температурні коливання. Існує також полімер поліетилентерефталат (ПЕТ), багато в чому схожий на ПЕТГ, але його зазвичай використовують лише як прозорий полімер. Іноді завдяки хорошим оптичним властивостям з нього роблять лінзорастрові плівки. Крім того, на ПЕТ дещо складніше друкувати.

– Поліетилен (ПЕ). Один з найбільш поширених зі всіх полімерів (з нього роблять поліетиленові пакети). Досить часто використовується  поліетилен компанії DuPont під назвою Tyvek – як би сплетеного з окремих тонких поліетиленових ниток, в подальшому певним чином оброблених. Матеріал стає яскраво-білим, непрозорим і досить міцним, що дозволяє використовувати його в друкарській машині.

– Акрилонітрилбутадієнстирол (АБС). Білі листи, випускаються з різною характеристикою поверхні. Матеріал добре підходить для задруковування різними способами. З нього також часто роблять пластикові картки, особливо якщо вони складної конструкції (наприклад, з впаяними чіпами).

– Полікарбонат (ПК). Міцний листовий матеріал, випускається з різною структурою поверхні. Може бути як прозорим, так і непрозорим, різних кольорів. Суцільний тонкий листовий матеріал зустрічається рідко, частіше можна зустріти стільниковий полікарбонат, який представляє собою щось схоже на гофрокартон, але тільки з полімеру.

Більш детальні характеристики деяких видів пластиків та їх властивості наведені у табл.1.1.

Безліч цікавих декоративних ефектів можна отримати, використовуючи напівпрозорий або тонований прозорий полімерний матеріал у поєднанні з прозорим або непрозорим друком. Як будь-який прозорий матеріал, він володіє певним коефіцієнтом заломлення світла. Причому у полімерів він досить високий, що дозволяє виготовляти з них, наприклад, планарні лінзи або матеріали для стерео- і варіозображень. Лінзорастрові плівки, необхідні для отримання цих ефектів, також виготовляються з різних полімерів, зазвичай це ПЕТ [5].


Таблиця 1.1

Види та характеристики полімерів, що використовуються в поліграфії

Види полімерів

Товщина та формат аркушів

Тип поверхні полімерів

Способи друку та обробка

Застосування

Властивості та переваги

1

2

3

4

5

6

PP Eplak

Від фірми Karton

Товщина:

від 0,2 до 2 мм;

Формат:

70х100 см

S (M) – матова дрібнозерниста поверхня, «пісок»

L(G) - блискуча  глянцева поверхня «скло»

Способи друку:

флексографічний, шовкотрафаретний, офсетний УФ, офсетний.

Попередня обробка поверхні Corona,  може бути зроблена антистатична обробка поверхні.

Бокси, канцтовари, POS матеріали, пакування для білизни та трикотажу, ярлики, етикетки, бірки

- низька щільність;

- витримує понад мільйон згинань;

- висока термостійкість;

- стійкий до води, масел, більшості розчинників;

- приємний на дотик;

- можлива переробка.

PP Akyplen

Виробник Kaysersberg Pacкaging

Товщина:

від 200 до1200 мк

Формат:

70х100 см

4 варіанти з обов’язковою двусторонньою обробкою коронарним розрядом:

глянець/глянець, глянець/матова, матова/матова, матова/тиснення (ембос).

Способи друку:

Офсетний та трафаретний метод друку

Обробка:

різноманітні види зварки, матеріал легко ріжеться, розпилюється, свердлиться, штампується.

Виготовлення обкладинок, папок, каталогів, постерів, пакувань, інтер’єрних, виставкових та вітринних елементів.

- матеріал хімічно нейтральний;

- легко утилізується та може піддаватися повторній переробці;

- легка вага, висока міцність, морозостійкість, гнучкість;

- стійкий до абразивного зносу та виникнення тріщин під дією тиску;

- має низьку водопроникність.

22

1

2

3

4

Продовження табл. 1.1

5

6

Поліпропілен Axprint

Виробник  Carolex

Товщина:

від 350 до 1200 мк

Формат:

70х100 см

Глянець, пісок, дрібний пісок

Способи друку:

Трафаретний, (шовкографія), офсетний, УФ-офсетний, флексографічний, тамподрук, конгрев (ембосування).

Обробка:

термоформування, свердління, різноманітна порізка, висікання, гаряче та холодне згинання, склеювання, зшивання, клепка, зварка ультразвуком, тиснення штампом, тиснення фольгою.

POS-продукція – вобл ери, шелфтокери, оригінальні пакування, канцтовари, задруковані термоформовані вироби, навчальні посібники.

- висока міцність; - вологостійкість; - морозостійкість; - стійкість до хімікатів;

- стійкість до масел, жирів, кислот;

- ударостійкість;

- не біліє на заломах;

- допускається для контакту з харчовими продуктами.

23

1

2

3

4

5

Закінчення табл.1.1

6

Двошаровий пластик FlexiBrass & FlexiColor

Товщина:

0,5 мм.

Формат:

1261 см.

Акриловий лист для мікрообробки.Результат після обробки: матова поверхня, глянцева поверхня або ефект подряпаного металу.

Обробка:

Можна пилити, свердлити, різати, робити відкоси, задруковувати,

виготовляти штампи, можлива лазерна векторна різка. 

Використовується для внутрішнього (інтер’єрного) оздоблення;

Виготовлення макетів, аплікацій

- застосовується лише для внутрішнього використання.

- піддається лазерній та механічній гравіровці.

Двошаровий пластик LaserMag LM64-1224

Товщина:

0,5 мм.

Формат:

30,5х61см

Гнучкий магнітний матеріал.

Результат після обробки: глянцевий, подряпаний матал.

Обробка:

Можна пилити, свердлити, різати, задруковувати,

можлива лазерна векторна різка, високотемпературна обробка, лазерне гравіювання.

Використовується для внутрішнього (інтер’єрного) оздоблення;

Зовнішнє застосування;

Магніти для промо-акцій, таблички-ідентифікатори.

- металізований гнучкий магнітний пластик;

- термін використання – не менше 3 років на вулиці;

- стійкий до ультрафіолету.

24

1.3.1. Система маркування пластику

       
Рис. 1.4. Система маркування всіх видів пластику

Для забезпечення утилізації одноразових предметів у 1988 році Товариством Пластмасової Промисловості була розроблена система маркування для всіх видів пластику та ідентифікаційні коди. Маркування пластику складається з 3-х стрілок у формі трикутника, всередині яких знаходиться цифра, що позначає тип пластику (див. рис. 1.4) [46]:

1. PET або PETE – поліетилентерефталат. Зазвичай використовується для виробництва тари для мінеральної води, безалкогольних напоїв і фруктових соків, упаковки, блістерів, оббивки. Такі пластики є потенційно небезпечними для харчового використання.

2. PEHD або HDPE – поліетилен високої щільності. Виробництво пляшок, фляг, напівжорсткої упаковки. Вважається безпечними для харчового використання.

3. ПВХ або PVC – полівінілхлорид. Використовується для виробництва труб, трубок, садових меблів, підлогових покриттів, віконних профілів, жалюзі, тари для миючих засобів та клейонки. Матеріал є потенційно небезпечним для харчового використання, оскільки може містити діоксини, бісфенол А, ртуть, кадмій.

4. LDPE і PEBD – поліетилен низької щільності. Виробництво брезентів, сміттєвих мішків, пакетів, плівки і гнучких ємностей. Вважається безпечним для харчового використання.

5. PP – поліпропілен. Використовується в автомобільній промисловості (обладнання, бампери), при виготовленні іграшок, а також у харчовій промисловості, в основному при виготовленні упаковок. Вважається безпечним для харчового використання.

6. PS – полістирол. Використовується при виготовленні плит теплоізоляції будівель, харчових упаковок, столових приладів і чашок, коробок CD та інших упаковок (харчової плівки і піноматеріалів), іграшок, посуду, ручок і так далі. Матеріал є потенційно небезпечним, особливо у випадку горіння, оскільки містить стирол.

7. OTHER або О – інші. До цієї групи відноситься будь-який інший пластик, який не може бути включений в попередні групи. В основному це полікарбонат. Полікарбонат не є токсичним для навколишнього середовища, але може містити небезпечний для людини бісфенол А. Використовується для виготовлення твердих прозорих виробів, як наприклад дитячі ріжки.

1.3.2. Переробка пластикових відходів

Виробництво виробів з пластику збільшується з року в рік. Це пляшки, банки, каністри, лотки, піддони, пакети, упаковка, етикетки, плівка, скотч, перегородки, перекриття різні,  показники, світлові короби, сітки, решітки, папки, штучні трав'яні покриття, фільтруючі трубки і безліч інших виробів. Збільшується і кількість пластикових відходів, які не просто засмічують навколишнє середовище, але і забруднюють його. Пластик належить до матеріалів, які практично не розкладаються з часом, а при спалюванні виділяються вкрай токсичні речовини, які неможливо вивести з організму. Тому вироби з пластику повинні бути перероблені. В даний час проблема переробки відходів полімерних матеріалів отримує актуальність не тільки у зв'язку з охороною навколишнього середовища, а й у зв'язку з дефіцитом полімерної сировини. З 1 кг відходів (поліетилентерефталату ПЕТФ, поліпропілену ПП, поліетилену високого тиску ПВТ, поліетилену низького тиску ПНТ) виходить 0,8 кг вторинної сировини [46].

Популярність пластику пояснюється його легкістю, економічністю, зручністю використання. Так, при виготовленні пластику енергії потрібно на 21% менше, ніж при виготовленні скла.

1.3.3. Етапи і методи переробки пластикових відходів

Переробка пластику складається з кількох етапів: збір, сортування (за кольором, за якістю, чисті/брудні відходи), пресування, власне переробки (різка, промивка, сушка, виробництво регрануляту), виробництво нової продукції.

Існує кілька способів переробки пластику [47].

Піроліз – термічний розклад речовин у присутності кисню або без нього.

Гідроліз відбувається під дією екстремальних температур і тиску. Цей спосіб використання відходів енергетично більш вигідний, ніж піроліз, тому що в обіг повертаються високоякісні хімічні продукти.

Гліколіз – деструкція протікає при високих температурах і тиску в присутності етиленгліколю і каталізатора до одержання чистого продукту. Цей спосіб більш економічний, в порівнянні з гідролізом.

Все ж таки найпоширенішим термічним способом переробки пластику є метаноліз –  розщеплення відходів за допомогою метанолу.

В даний час найбільш прийнятним методом переробки для України залишається механічний рециклінг - вторинна переробка (спосіб не потребує дорогого спеціального обладнання і може бути реалізований у будь-якому місці накопичення відходів).

  1.  Способи задруковування поверхні пластику

Існує досить багато способів задруковування поверхні пластику, до яких можна віднести [21-25]:

Офсетний друк. Офсетний друк – це самий високоякісний спосіб нанесення зображень на пластик. Офсетний друк на пластик має ряд особливостей. Для офсетного друку на пластик використовуються фолієві фарби, спеціально призначені для роботи з невсотуючою поверхнею або фарби УФ-затвердіння. Для висушування фарби використовують сушильні камери з ультрафіолетовими випромінювачами.

– Сублімаційний друк (термодрук). Виконується за допомогою спеціального принтера для друку на пластикових поверхнях. Технологія термодруку дозволяє друкувати невеликий тиражі. До недоліків можна віднести високу собівартість, низьку роздільну здатність друку тексту. У випадку, коли ставиться завдання друку великих тиражів з високою якістю і низькою собівартістю, сублімаційний друк поступається місцем офсетному друку.

– Гаряче тиснення. Один з поліграфічних способів нанесення зображень на поверхню пластику. При даному способі друку відбиток зі спеціальною матриці (кліше) передається на поверхню вже віддрукованої продукції через металізовану фольгу методом гарячого тиснення. Основною перевагою гарячого тиснення є можливість абсолютної передачі металевого блиску (золото, срібло і т.д.)

– Цифровий друк. Цифровий друк - технологія, при якій друк здійснюється на пластику зі спеціальним покриттям на звичайному струменевому принтері з подальшим покриттям ламінатом. Цифровий друк орієнтований на малі тиражі.

–  Шовкотрафаретний друк. Шовкотрафаретний друк - технологія, при якій зображення наноситься способом шовкографії на готові пластикові вироби (нескладне, штрихове зображення) або на листи пластику (золотий і срібний фон).

Задруковування пластику надає такі переваги:

 висока якість нанесення зображення на палстик практично будь-якої щільності;

– яскрава, барвиста, довговічна зовнішня та інтер'єрна реклама;

– відповідність найсуворішим екологічним та санітарно-гігієнічним вимогам, тобто можливість застосування в будь-яких сферах діяльності, від пакування комп’ютерних деталей до харчових продуктів;

  1.  пластик передає насичені кольори яскравих відтінків;
  2.  друк на пластику гарантує сталість результату;
  3.  поступово витісняє шовкографію та сольвентний друк.

На рис. 1.5 представлені різні види задрукованих пластикових пакувань.

Рис.1.5. Приклад задрукованих пакувань з пластику

  1.  Обробка та способи обробки пластику

Після закінчення оздоблення пакувань їм необхідно надати форми для подальшої експлуатації їх як готової продукції. Для цього використовуються різні методи формування пакування, які поділяються за типом обробки на механічну та лазерну. На основі дослідження літературних джерел та проведеного патентного пошуку було розроблено класифікацію методів обробки пластику, яка представлена у вигляді схеми на рисунку 1.6 [23-29].

До механічних методів обробки відноситься висікання, вирубка, перфорація та бігування.

Рис.1.6. Класифікація методів обробки пластику

1.5.1. Висікання та бігування

Висікання є одним з найбільш популярних способів післядрукарської обробки різної поліграфічної продукції. Іноді цю операцію називають також вирубкою або штанцюванням. Поліграфічне висікання зазвичай виконується з метою надання готовим виробам фігурної форми, а також для пробивання (прорізання) у них отворів [24].

Найчастіше висікання проводиться на папері, різних видах картону або пластику, а також на шкірі, шкірзамінниках, фользі. При цьому вона може виконуватися як на окремих аркушах, так і на порівняно невеликий пачці листів, а також на стрічковому (рулонному) матеріалі.

При висіканні використовуються спеціальні штанцювальні преси: ручні, напівавтоматичні або автоматичні. В наш час дана операція може здійснюватися на тигельних, стоп-циліндрових (з плоско-висікальні вирубними штампами) або гідравлічних (з суцільнометалевими штампами) пресах [24].

У процесі штанцювання за допомогою висікального штампа, що представляє собою своєрідний фасонний ніж, відбувається вирізання друкованої продукції по зовнішньому контуру. Іноді в штампах присутні пуансони, які служать для пробивання отворів різних діаметрів. Такі пуансони застосовуються, наприклад, для прорізання наскрізних округлих прорізів під мотузкові ручки в паперових пакетах. Штампи для висікання можуть бути литими або гнучкими, рухливими або нерухомими. Велика їх частина придатна для багаторазового використання, що здешевлює випуск повторного тиражу. Як правило, великі друкарні і поліграфічні підприємства мають набір готових штампів для виготовлення стандартних видань або видань, що часто замовляються.

Операція висікання включає в себе кілька етапів. Вона починається з підготовки матеріалів до роботи і установки висікального штампа. Потім послідовно здійснюються: приладка обладнання, безпосередньо саме висікання пресом і прийомка готової продукції.  

При виготовленні друкарських виробів складної форми застосовують висікання [25]:

  1.  плоске;
  2.  ротаційне;
  3.  лазерне.

При плоскому висіканні в якості штампів використовуються плоскі, а при ротаційній – циліндричні ножі. Слід пам'ятати, що плоске висікання дає позитивний ефект при випуску малих і середніх тиражів.

Для ротаційного висікання характерні: висока швидкість виробництва; тривалий термін служби інструментів; можливість використання твердих сортів картону і заготовок з великими розмірами. За допомогою нього вдається випускати вироби, що відрізняються складністю конструкції.

Лазерне висікання являє собою принципово нову технологію, яка передбачає відмову від застосування висікальних штампів. Вона вважається досить дорогою, вимагає наявності відповідного обладнання і висококваліфікованих кадрів, але дозволяє досягти якісних результатів і оперативного виготовлення невеликих накладів.

Взагалі фігурне висікання – важливий етап післядрукарської обробки поліграфічної продукції. Воно дозволяє отримувати вироби, що мають цікаву і незвичайну конфігурацію. Крім того, в поєднанні з іншими способами оформлення (бігуванням, рицуванням, тисненням і т.п.) дає можливість випускати унікальні друковані видання.

Завдяки висіканню друковане видання легко отримує будь-яку задану замовником або створену дизайнером конфігурацію. Причому це може бути як вже готова до використання продукція, так і вироби, які вимагають подальшого складання (наприклад, пакувальні коробки).

Бігування – попереднє нанесення на матеріал ліній згинів за допомогою тупих ножів на бігувальній машині, яка вдавлює і ущільнює матеріал (полегшує подальше його згинання) з частковим руйнуванням зв'язків у волокнистих матеріалах [25].

В процесі бігування відбувається продавлювання матеріалу по місцю майбутнього згину за допомогою прямокутних дискових ножів, або прямокутними пластинами на бігувальних машинах. За такої операції відбувається деформація пластикового виробу по лінії бігу, при цьому формується чіткий профіль, який дозволяє без застосування додаткових технічних засобів виконати якісне складання виробу. 

Бігування здійснюється на спеціальних машинах. Можна виділити наступні види бігування [25]:

  1.  ножове, або ударне;
  2.  роликове, або дискове;
  3.  бігування штампом.

При ножовому бігуванні між тупим дисковим ножем або прямокутною пластиною і відповідною профільною пластиною прокладається матеріал, на якому необхідно виконати біг. Ніж, виконуючи роль пуансона, вдаряє по матеріалу, продавлюючи його, але не доходячи до відповідної пластини.

Ножове бігування дозволяє отримати рівний, якісний біг. У залежності від того, які саме механізми використовуються для ножового бігування, – із ручним або електромеханічним приводом, напівавтоматичні або         автоматичні – визначається і швидкість роботи. Так, найпростіші машини з ручним або електромеханічним приводом не дозволяють виготовити більше 1000 бігів на годину, а ці обсяги можуть бути надто мізерними для великого поліграфічного виробництва.

При дисковому бігуванні, механізм, що встановлюється на фальцмашинах або фальцевально-склеювальних лініях, дозволяє виконувати операцію набагато швидше, проте системи дискового бігування мають досить багато обмежень:

  1.  можливий нерівномірний біг по всій довжині аркуша;
  2.  неможливо гнучко налаштувати відстань між двома бігами на        аркуші – як правило, воно визначається конструкцією бігувального вузла;
  3.  неможливо точно відрегулювати тиск у бігувальному вузлі, що призводить до занадто глибокого бігування з надривом аркуша або, навпаки, до неякісного бігування матеріалу.

Бігування штампом – це новий спосіб бігування, який об'єднує достоїнства вже описаних технологій і дозволяє забезпечити високу якість робочого процесу при такій же високій швидкості бігування [27].

Перфорація – це один з оздоблювальних поліграфічних процесів – пробивання отворів (марочна) або просікання штрихів (іноді застосовується для фальцювання) по лінії відриву.

Для визначення пріоритетних методів обробки пластику для виготовлення пакування був проведений патентний пошук за період  2000–2010рр. в результаті якого знайдено понад 150 патентів, що відповідають тематиці «Методи  висікання та бігування пластику». Патенти, що були опубліковані до 2000 року не враховувалися, тому що містили в собі більш ранні відомості та дещо застарілу інформацію.

Джерелами пошуку були:

  1.  European Patent Office (Esp@cenet) [34];
  2.  Федеральна служба з інтелектуальної власності, патентів та товарних знаків (ФГУ ФИПС) [35];
  3.  United States Patent and Trademark Office (USPTO) [36];
  4.  Всесвітня організація інтелектуальної власності (WIPO) [37];
  5.  Державне підприємство «Український інститут промислової власності» (УкрПатент) [38].

Використовувалися дані з патентів за класами B65H, B23K, B26B, B26D, B26C відповідно до Міжнародної класифікації.

Узагальненні дані, щодо кількості патентів занесені до таблиці 1.2. Слід зазначити, що патенти за 2008-2010 роки бралися з урахуванням специфіки патентування, тобто деякі із заявок, ще не опубліковані.

На рис.1.7. представлена зростаюча тенденція публікації патентів, що свідчить про актуальність теми.

Рис. 1.7. Динаміка публікації патентів за роками

Аналіз знайдених патентів показує, що найбільш популярними методами обробки пластику для пакування є висікання та бігування за допомогою висікальних пресів та із застосуванням висі кальних та бігу вальних штанц форм. Проте, частка методів та обладнання для розкрою пакувань із пластику при застосуванні лазерних технологій невпинно росте і в майбутньому складе конкуренцію методам механічного висікання. Результати дослідження згруповані за допомогою методу компіляції представлені на рисунку 1.8.

Назви критеріїв пошуку

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

Всього

1

Обладнання для висічки пластикової плівки

5

4

5

3

6

7

6

10

7

5

4

62

2

Обладнання для лазерного розкрою пластику

1

2

4

2

3

5

4

5

3

3

3

35

3

Технологія висікання коробок з пластику

1

2

1

4

2

3

2

2

4

1

22

4

Бігування пластику

2

2

3

3

5

3

5

4

3

3

33

Всього за роками

9

10

12

9

18

17

18

21

15

15

8

152

Таблиця 1.2

36

Розподіл кількості виявлених патентів за методами висікання та бігування пластику по роках

Рис. 1.8. Розподіл патентів за методами обробки пластику

Як видно з рисунку 1.9, розробкою питань, щодо методів обробки пластику найбільш активно займаються такі країни як Японія, Китай, Німеччина, США, Франція, що пов’язано із розташуванням там великих наукових центрів та розвиненої машинобудівної галузі. Важливу роль також відіграють Тайвань, Південна Корея, Швеція, Угорщина.

Рис.1.9. Розподіл патентів за країнами розробниками

В результаті проведеного дослідження літературних джерел та проведеного патентного пошуку була розроблена умовна класифікація процесу обробки пластику за допомогою висікання при різних технічних характеристиках матеріалу та обладнання.

Класифікація процесу обробки поверхні пластику за типом висікального обладнання:

  1.  Плоскостапельні преси;
  2.  Стоп-циліндрові преси (з плоско-висікальними вирубними штампами);
  3.  Гідравлічні преси (з суцільнометалевими штампами).

Класифікація процесу обробки поверхні пластику за типом приводки штанцформи:

  1.  Ручна;
  2.  Напівавтоматична;
  3.  Автоматична.

Класифікація процесу обробки поверхні пластику за ступенем порушення цілісності поверхні пластику:

  1.  Повне (вирубка);
  2.  Часткове (перфорація, рицування, висікання);
  3.  Бігування.

Класифікація процесу обробки поверхні пластику за технічними характеристиками висікального обладнання:

  1.  Гаряче висікання;
  2.  Холодне висікання.

Класифікація процесу обробки поверхні пластику за типом різального інструменту:

  1.  Плоска;
  2.  Ротаційна;
  3.  Лазерна.

Дану умовну класифікація процесу обробки пластику за допомогою висікання при різних технічних характеристиках матеріалу та обладнання також можна представити у вигляді схеми, представленої на рисунку 1.10.

Рис.1.10. Класифікація способів обробки пластику при висіканні

1.5.1.1. Форми для плоского штанцювання

Плоским штанцюванням являється процес обробки листових і рулонних матеріалів плоскими штанцевий формами із застосуванням бігувальних контрматриць або бігувальних каналів, що надає виробу фігурну форму. Оброблюваними матеріалами, як правило, є різні папери, суцільні і гофровані картони, пластики та ін. [43].

Штанцювання може включати в себе процеси висічки, перфорування, ріцювання, бігування й тиснення, а також їх різні комбінації.

Тиснення - формування рельєфу на матеріалі. Воно може бути конгревним і блінтовим. У процесі блінтового тиснення рельєф формується за рахунок вдавлювання в товщу матеріалу виступаючими елементами кліше, при цьому зворотний бік матеріалу спирається на плоску рівну поверхню і залишається рівним і плоским. При конгревном тисненні матеріал виступами контрматриць вдавлюється у западини матриці. При цьому товщина самого матеріалу не змінюється, тобто не відбувається здавлювання.

Змінний інструмент, виготовлений за оригінальною конфігурацією, яка відповідає конкретній роботі по танцюванню матеріалу, прийнято називати танцювальним оснащенням (оснащенням для штанцювання). Згадані штанц форми і бігувальні контрматриць (або канали) є лише одним з компонентів комплекту штанцювального оснащення, що використовується на обладнанні для автоматичного штанцювання, видалення відходів і поділ висічених заготовок.

У комплект штанцювального оснащення для такого устаткування можуть також входити[54]:

  1.  Оснащення видалення відходів;
  2.  Оснащення розділення заготовок;
  3.  Оснащення відділення передньої відходної крайки.

Плоска штанцформа складається з плоскої основи із прорізаними у ній пазами, в які вставлено ріжучі, бігувальні та інші спеціальні типи сталевих лінійок.

Найбільш поширеним матеріалом для основи плоскої штанцформи є фанера з твердих порід дерева (береза, бук, клен), придатна для лазерного різання. Уздовж контуру ріжучих, перфораційних та інших лінійок, проникаючих при штанцюванні вглиб оброблюваного матеріалу, на робочу (звернену до оброблюваного матеріалу) поверхню основи клеями спеціальних типів приклеюються виштовхувальні (ежекторні) матеріали. Вони можуть мати різний профіль перерізу, бути виготовлені з різних матеріалів (гума, корок, спеціальні матеріали) з різними характеристиками твердості і часом релаксації. Застосування конкретного ежекторного матеріалу визначається характеристиками оброблюваного матеріалу, а також типом і продуктивністю штанцювального обладнання.

В основу штанцформи також можуть бути вмонтовані спеціальні деталі, наприклад, різьбові втулки особливого «Т» подібного профілю для кріплення в штанцевальній машині. При одночасному поєднанні плоского штанцевання з процесом конгревного (рельєфного) тиснення штанцформа у своїй основі може мати спеціальні вставки з матрицями для тиснення. У такому випадку штанцформа також може бути укомплектована контр-матрицями для тиснення. Штанцювання проводиться із застосуванням, як вже було сказано вище, бігувальних контрматриць або каналів. Для установки оригінальних біговальних контрматриць в отвори основи штанцформи монтуються позиціонують штифти (як правило, сталеві).

За запитом замовника штанцформа додатково може укомплектовуватися в обумовлених кількостях як бігувальними каналами або контрматрицями, так і приправочним листом, що представляє собою тонкий лист спеціального паперу, пластику або кальки з нанесеним на нього контуром розташування лінійок штанцформи. Приправочний лист використовується для вирівнювання тиску по робочій поверхні в штанцевальних машинах[40].

Бігувальною контрматрицею називається спеціальний пристрій, що є  частиною біговальних лінійок плоскої штанцформи. Як правило, на кожну частину штанцформи, відповідаючу одному виробу, що висікається (при багатомісній штанцформі), виготовляється окрема контрматриця. Таким чином, один комплект бігувальних контрматриць становить кількість, яка дорівнює кількості розташованих на штанцформі виробів (місць) плюс деяка кількість запасних контрматриць. Замовник може замовити кілька комплектів контрматриць. Біговальні контрматриці виготовляються фрезеруванням із спеціального листового матеріалу Пертінакс, що має клейовий шар, захищений силіконовим папером. Пертінакс представляє собою багатошаровий армований спеціальною тканиною пластик і може мати різну товщину (від 0,3 до 1,0 мм) в залежності від товщини матеріалу, який призначався для бігування за допомогою даної контрматриці. Габаритні розміри і конфігурація контрматриць залежить від конструкції конкретного виробу, який буде висічено з їх допомогою.

Біговальний канал являє собою спеціальний пристрій стрічкового типу. Біговальний канал складається з направляючого пластикового пристрою, власне біговальної канавки зі скошеними зовнішніми кромками, сталевої або тонкоплівкової пластикової основи з клейовим шаром та захисним силіконовим папером. Бортики бігувальної канавки можуть виготовлятися з різних матеріалів: пластика, пресшпану. У залежності від призначення бігувальний канал може розташовуватися несиметрично відносно осі симетрії перерізу біговальної лінійки, а також бути здвоєним (дві паралельні бігувальні канавки на основі) [41].

Оснащення для видалення відходів. Верхня частина оснащення для видалення відходів (див. рис. 1.11) представляє собою конструкцію, що складається з фанерної основи з прорізаними у ньому лазерним променем пазами і отворами, в які вставлено деталі, що виконують роль пуансонів, які проштовхують відходи через отвори в нижній частині оснащення для видалення відходів. Пуансони можуть бути виготовлені з різних матеріалів: дерева, фанери, сталі, кольорових металів і сплавів, пластмаси та ін. Крім того, верхня частина оснащення має приклеєні до фанерної основи притискні пристрої у вигляді смуг з поролону різної твердості і щільності в залежності від властивостей оброблюваного матеріалу. Також у фанерну основу оснащення можуть бути вмонтовані спеціальні деталі для кріплення оснащення в танцювальній  машині (наприклад, різьбові втулки особливого «Т» подібного профілю) та інші деталі [41].

Рис. 1.11. Верхня та нижня частина оснащення для видалення відходів

Нижня частина оснащення для видалення відходів (див. рис. 1.11) складається з плоскої фанери з вирізаними в ній отворами за оригінальною конфігурацією відходів, що видаляються. Кромки отворів обробляються спеціальними фрезами для отримання фасок особливої ​​форми і розмірів. У необхідних випадках у фанеру можуть бути вмонтовані сталеві лінійки для поділу (сепарування) відходів один від одного. До фанери за погодженням із замовником можуть бути прикріплені балки спеціального профілю з фанери або іншого матеріалу для кріплення оснащення в танцювальній машині.
Для спільного транспортування і зберігання верхньої і нижньої частин оснащення для видалення відходів вони можуть бути з'єднані між собою за допомогою спеціальних сталевих або пластикових гвинтів і гайок з застосуванням проміжних втулок.

Оснащення для розділення заготовок. Верхня частина оснащення для розділення заготовок (див. рис. 1.12) представляє собою конструкцію, що складається з видавлювальних висічені заготовки елементів, змонтованих на плоскій фанерній основі та вмонтованих у неї деталей для кріплення оснащення в штанцювальній машині. Видавлювальні елементи можуть складатися з деталей, виготовлених з фанери, дерева, пластику або металу і обклеєні спеціальною пористою гумою з боку, поверненою до оброблювального матеріалу. При певних видах робіт у фанерну основу можуть бути вмонтовані спеціальні притискні пристрої, що закріплюються за допомогою різьбових кріпильних виробів [42].

Нижня частина оснащення для розділення заготовок в залежності від виду роботи і специфічних вимог замовника може бути виготовлена ​​в різних видах. Основними з них є: комбіноване виконання і суцільнометалеве.

Комбіноване оснащення складається із змінної під різні формати металевої рами, для полегшення конструкції, як правило, виготовляється з алюмінієвих сплавів, і знімною решітки, вирізаної  лазерним променем з плоскої фанери або спеціального пластику. До фанерної решітки гвинтами кріпляться стапелюючі кронштейни. Потім решітка гвинтами кріпиться до рами. Оснащення має спеціальний позиціонуючий кронштейн, використовуваний для установки оснащення в штанецювальну машину. Комбіноване оснащення призначена для середніх тиражів і порівняно простих конфігурацій розділюваних заготовок. Воно дуже економічне [40].

Рис. 1.12. Оснащення для розділення заготовок

Суцільнометалеве оснащення являє собою раму з внутрішньою решіткою, деталі якої виготовляються зі сталі методом лазерного або водоструминного різання по оригінальній конфігурації. Потім деталі проходять фінішну механічну обробку і з'єднуються зварюванням. До звареної конструкції кріпляться спеціальні металеві розсувні кронштейни для стапелювання заготовок, що розділяються. Рама має спеціальне пристосування для точного позиціонування оснащення в танцювальній  машині. Суцільнометалеве оснащення економічно доцільно застосовувати для великих тиражів і складних конфігурацій розділюваних заготовок (наприклад, сигаретних коробок). Воно характеризується високою точністю виготовлення і великою міцністю. Дане оснащення технічно складне у виготовленні і має високу вартість.

Оснащення для відділення передньої відхідної кромки. Оснащення для відділення передньої кромки листа в залежності від моделі танцювальної машини може складатися як з верхньої і нижньої частин, так і тільки з верхньої частини. Верхня і нижня частини такої оснастки представляють собою вирізані лазерним променем за оригінальною конфігурацією з плоскої фанери деталі, що мають спеціальні пази для кріплення оснащення в штанцювальній машині. Для деяких марок штанцювальних машин за погодженням із замовником і залежно від конкретного способу кріплення оснащення вона може додатково або комплектуватися кріпильними втулками, або мати прикріплені по передній кромці дерев'яні або фанерні блоки [42].

1.5.1.2. Стадії виготовлення штанцформ

Виробничий процес по виготовленню плоских штанцформ складається з ряду різних операцій. У наше століття цифрових технологій рівень розвитку техніки дозволяє автоматизувати більшість сфер діяльності людини, зокрема виробничу діяльність не виключаючи галузь виробництва штампів для висікання. Впровадження технологій і застосування передового обладнання дозволяє мінімізувати вплив людського фактора на кінцевий результат. Від людини вимагається лише переробка та подача інформації в легкому для обладнання вигляді. Стадій виробництва висічних штампів для вирубки декілька [43].

  1.  Підготовка програми (файлу)

У залежності від товщини оброблюваного матеріалу і типу висічного обладнання задаються товщини пазів, які будуть пропиляні у фанерному підставі. У файлі вказуються типи ліній (ріжучі, бігувальні лінійки). Проставляються утримують мости, щоб забезпечити цілісність основи штанцформи після його запису (див. рис. 1.13).

Рис. 1.13. Підготовка файлу для висікання

  1.  Різка основи висічного штампу

Лазерна установка з частотно-програмним управлінням згідно підготовленої програми пропалює пази певної ширини у фанері необхідної товщини (див. рис. 1.14).

Рис. 1.14. Етапи різання основи висікального штампу

  1.  Обробка металевих лінійок

Згідно з технічним завданням та розрахунками обробляється набір металевих лінійок. Всі лінійки розрізняються за типом, товщині і висоті. Під час обробки лінійки загинаються в потрібний контур, нарізаються на необхідну довжину, в лінійках прорізаються пази (виїмки) відповідно до положення утримуючих мостів на фанерній основі(див. рис. 1.15).

Рис. 1.15. Етапи обробки металевих лінійок

  1.  Монтаж лінійок у пази основи штанцформи

Оброблені металеві лінійки монтуються в пази фанерної основи за допомогою спеціальних молотків з бойками з м'якого металу або твердого пластика. Завдяки використанню такого матеріалу бойків можливо уникнути затуплення ріжучих кромок (див. рис. 1.16).

Рис. 1.16. Монтаж лінійок в пази основи штанцформи

  1.  Монтаж виштовхувальних елементів (гуми)

Для того, щоб забезпечити відштовхування просіченого матеріалу від штанцформи необхідно біля всіх ріжучих, перфораційних і рицьовочних лінійок встановити гумові смужки. Тип, висота і ширина гумових смуг (блоків) вибирається в залежності від товщини основи, типу і товщини матеріалу, що висікається і зони штампу (див. рис. 1.17).

Рис. 1.17. Монтаж виштовхувальних елементів

1.5.1.3. Технологічні можливості при виробництві штанцформ

Нерідкі випадки, коли виникає потреба у виробництві штампа для висічки фігурних виробів, таких як віконця в упаковці, замки упаковки, вузькі пази і т.д. Можливість виготовлення такої штанцформи в більшій мірі залежить від можливості обробки (загину, монтажу) металевої лінійки необхідної форми та конфігурації. Нижче наведено ряд реконмендацій, які необхідно враховувати при підготовці креслення штанцформи [40].

1. Найбільш часто використовувані ріжучі лінійки мають товщину 0,71 або 1,05 мм. Наприклад, якщо креслення штанцформи представляється собою прямокутник, то висічений виріб буде мати не гострі прямі кути, а закруглені з радіусом 0,35 або 0,5 мм відповідно. В окремих випадках такий результат неприйнятний. Можливо підготувати набір лінійок по-іншому – зробити стик у кутах прямокутника. Такий спосіб збирання висічного штампу необхідно вказати (див. рис. 1.18).

Рис. 1.18. Обробка кутів заготовок

  1.  Мінімальний радіус отвору – 2 мм. Такий отвір виготовляється спеціальним пробійником з підпружиненою серцевиною. Вартість таких пробійників від 40 грн. Можливо виготовити пробійники з ріжучого ножа, але в даному випадку мінімальний діаметр – 3 мм. Всі пробійники підходять для якісної висічки матеріалів товщиною до 0,7 мм. Висікання більш товстих матеріалів призводить до деформації кромки різу, через конічну форму пробійників (див. рис. 1.19) [44].

Рис. 1.19. Отвори для висічки та пробійники для їх виготовлення

  1.  Мінімальна відстань між осями паралельних ріжучих лінійок товщиною 0,7 мм – 3,5 мм, для лінійок товщиною 1,05 мм – 5 мм. Таку відстань обумовлено як товщиною самої лінійки, так і товщиною ежекторного матеріалу. Ежекторний матеріал – це в більшості випадків гума певної жорсткості і висоти, яка служить для фіксації матеріалу, що висікається в момент його контакту з ріжучими лінійками і його "зняття" з вищевказаних лінійок. Якщо відстань між лінійками менше необхідного, то встановити ежекторний матеріал неможливо. Отже в процесі висікання відходи набиваються в паз і роздають ножі, що призводить штанцформу в непридатність (див. рис. 1.20) [45].

Рис. 1.20. – Відстань між осями паралельних лінійок

1.5.2 Вирубка

Вирубка в поліграфії може застосовуватися для надання всьому виробу нестандартної форми.

Фігурна вирубка здійснюється за допомогою гостро заточеного штампу і надає виробу з паперу або картону необхідного контуру, фігури. Може бути будь-якої конфігурації [31].

Якщо говорити про поняття вирубки, то можна з упевненістю сказати, що цей термін бере свій початок з машинобудівної галузі. Про це, навіть, свідчить сам процес виробництва металевих частин, які піддають фігурним змінам, після зняття їх з конвеєра. Точно такий же процес має і вирубка. Найчастіше, процес вирубки здійснюється за допомогою спеціалізованих пресів, і так само виготовляються кліше та штампи. Вирубка вважається одним із способів розрізання продукції. Таке визначення процес вирубки отримав за те, що несе в собі значний зсув матеріалу за рахунок фізичного впливу. Процес вирубки паперу, відбувається з використанням спеціальних форм. Одна частина кліше повністю заточується, для того, щоб відокремлювати матеріал від продукції, а що стосується другої частини, то вона не заточена, так як потрібна, для створення ліній згину.

Технологія вирубки, на сьогоднішній день, широко використовується для обробки широкого спектру поліграфічної продукції. Найчастіше, застосовується технологія вирубки етикеток і фігурна вирубка листівок і запрошень. Також, слід зазначити, що технологія вирубки, знайшла своє найбільше застосування у виробництві тари або вирубки коробок.

У процесі вирубки, можуть бути використані як ротаційні машини, так і преси. Але, слід зазначити, що продуктивність ротаційних машин набагато вища, ніж у преса.

Ротаційно-вирубне обладнання для здійснення вирубки використовує спеціальні штампи, які називаються штанцформами. Їх якість безпосередньо залежить не тільки від терміну служби, але і від можливості використовувати різний матеріал. Для вирубки пластика використовується високоякісне обладнання. У разі масового виробництва, виготовлення скреч-карт, вирубка листового картону і виробництво інших виробів, за допомогою ротаційно-вирубного обладнання, відбувається ефективно і швидко.

У штампувальних пресів є деякі переваги, а саме: якщо вони здійснюють роботу у поєднанні, наприклад, вирубка папки з тисненням. Таке поєднання, дає можливість застосовувати його, для здійснення процесу вирубки листівки з тисненням [42].

Штанцювальні процеси дозволяють крім вирубки, активно застосовувати технологію висікання, яка дає можливість "вибрати" з матеріалу закритий контур, тим самим, зробивши фігурне "віконце". Такий спосіб застосовується для створення листівок, в яких частина зображення знаходиться на "нижньому" аркуші, а на "верхньому" – витончене обрамлення.

1.5.3. Лазерна обробка

Лазерна різка – це передова технологія контурного розкрою листових матеріалів, заснована на використанні в якості інструменту обробки сфокусованим лазерним променем регульованої потужності.

Лазерне різання, у порівнянні з традиційними видами різання (мікроплазменного, киснево-ацетиленового та іншими), має ряд переваг: високою швидкістю різання, вузьким різом, паралельністю країв стінок різу, мінімальною зоною термічного впливу.

Сфокусований лазерний промінь регульованої потужності – ідеальний інструмент для різання, що забезпечує якісну, гладку поверхню різу широкого спектру матеріалів.

Застосування в лазерному різанні точних координатних столів (1500х2500 мм) знімає обмеження по геометричній складності вирізаних виробів. Використовуване програмне забезпечення дозволяє швидко створювати технологічні програми і легко імпортувати графічну інформацію.
У порівнянні з традиційними способами, такими як штампування, плазмова різка та механічна обробка. Лазерне різання відрізняє те, що виконання замовлень здійснюється з більшою точністю, з меншою кількістю відходів, меншим допуском різу і, що особливо важливо, в самі стислі терміни і навіть невеликими партіями
.

За допомогою лазерної обробки можна робити маркування виробів (нанесення малюнків і написів на будь-які поверхні), а також промислову маркування виробів (нанесення технічної інформації на плати елеткропристроїі, маркування охоронних пломб, маркування змінних даних на дрібних деталях різних агрегатів тощо).

Застосування в лазерних технологій дозволяє отримати наступні переваги [33]:

  1.  при лазерному різанні відсутня механічна дія на оброблюваний матеріал;
  2.   сфокусоване лазерне випромінювання дозволяє різати і гравірувати практично будь-який матеріал незалежно від його теплофізичних властивостей;
  3.  точність позиціонування лазерної головки складає 0,08 мм, за рахунок чого досягається висока точність взаємного розташування елементів заготовки;
  4.  примінення лазерного різання, можливо, на матеріалах, що легко деформуються;
  5.  лазерний промінь має діаметр близько 0,2 мм, це дозволяє створити отвір діаметром від 0,5 мм;
  6.  за рахунок великої потужності лазерного випромінювання забезпечується висока продуктивність процесу лазерного різання;
  7.  використовуючи можливості лазерного різання, можна розкроїти по складному контуру практично будь-який листовий матеріал. Для розкрою матеріалів таким способом існує фігурне різання.

Лазерне гравіювання – це метод нанесення зображень за рахунок видалення матеріалу з поверхні предмету. Іншими словами гравірування створює на матеріалі певний рельєф, глибину прорізання рельєфу можна встановлювати. Крім того, лазерна гравірування дозволяє змінювати колір матеріалу, що також знаходить відображення у формуванні малюнка [29].

Суть процесу лазерного гравіювання полягає в наступному: під впливом лазерного променя відбувається зміна структури поверхневого шару матеріалу. За типом нанесення лазерне гравіювання буває векторним і растровим. При векторному промінь малює зображення тонкими лініями. Растрове нанесення складається з точок, що дозволяє отримати практично фотографічне зображення. Треба відзначити, що управління установками для лазерного гравірування здійснюється зі звичайного комп'ютера, можливо передача зображення зі стандартних графічних редакторів. Лазерно-гравіювальне обладнання нескладно в освоєнні і експлуатації. При цьому витратних матеріалів або зовсім мало або вони зовсім відсутні. Для організації виробництва не потрібно великих спеціально пристосованих приміщень (наприклад, при гравірування на склі або камені витяжки не потрібні). Споживання енергії при використанні лазерно-гравіювального устаткування становить від одного до кількох кіловат. В залежності від вимог замовника, є можливість нанесення кольорового малюнка або напису, прорізування отворів у виробі. При цьому виріб не піддається впливу високих температур, як у випадку з хімічним травленням або тавруванням. Це дає гарантії збереження виробу, він не деформується і не змінює своїх якостей. Гарне зображення навіть найменших малюнків і самих тонких ліній у написах досягається застосуванням лазерного променя, діаметр якого всього 0,03 мм. Існує можливість змінити малюнок або напис вже в процесі гравіювання, не зупиняючи при цьому сам процес.

Технологічний процес лазерного гравірування повністю автоматизований, використовує високотехнологічне устаткування і це дозволяє виконати замовлення швидко і якісно. Лазерне гравіювання відноситься до екологічно чистого виробництва, що теж важливо в сучасних умовах.

Лазерне гравіювання користується великою популярністю. За допомогою цієї технології оформляють сувеніри, корпоративні подарунки, її використовують для виготовлення різного виду табличок і вивісок, медалей, нагородних знаків і жетонів, для маркування товару, для нанесення написів і малюнків на поверхнях побутової техніки, телефонів, ноутбуків.

Лазерне гравіювання служить свого роду захистом від підробок, так як стерти його не можна, можливо видалити тільки разом із верхнім поверхневим шаром, а це обов'язково позначиться на зовнішньому вигляді виробу [33].

Застосування лазерних технологій для гравіювання зумовило розробку та впровадження обладнання для організації цього процесу. Кілька десятків років тому з'явилися перші установки, що дозволяють робити гравіювання з використанням лазерного променя, і з тих пір їх застосовують для виробництва реклами, сувенірної продукції, різних вивісок і табличок, пам'ятних медалей і жетонів, для маркування продукції.

Поняття «лазер» походить від англійського Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER) і в перекладі означає посилення світла за допомогою вимушеного випромінювання. Всі лазери поділяються на кілька груп:

  1.  Рідинні;
  2.  Твердотільні;
  3.  Газові;
  4.  на парах металу;
  5.  напівпровідникові.

Не всі лазери з цих груп можуть бути використані для виробництва сувенірної продукції. Тільки два типи підходять для цих цілей – твердотільні і газові. Твердотільні, а саме алюмоітрієві, мають довжину хвилі 1,064 мкм. Як джерело закачування використовують імпульсну лампу або лазерний діод. Застосовуються для обробки матеріалів, в хірургії та наукових дослідженнях.

Газові лазери (вуглекислотні) при довжині хвилі 10,6 мкм і застосуванні як джерела накачування електричного розряду, використовуються для різання, гравірування, зварювання матеріалів і в хірургії.

Окрім технічних даних, необхідно враховувати, що існує обмеження за видом оброблюваного матеріалу. Наприклад, вуглекислотний лазер може бути застосований для роботи з акрилом, металом з покриттям, анодованим алюмінієм, змішаними матеріалами, тканинами, склом, каучуком, деревом, пробкою, пластмасою, шкірою, пластиком, нейлоном, папером, картоном, поліестром, силіконом, каменем, гранітом, мармуром, синтетикою, фанерою, вінілом, картоном, кварцом, керамікою, гумою, оргсклом і т.д. У твердотільного цей перелік значно коротше: алюміній, анодований алюміній, метал, дорогоцінні метали, кераміка, пластик, вініл, гума. Але при всьому цьому, лазер CO2 не може застосовуватися для обробки металу без покриттів, не дозволяє довжина хвилі.

Переваги використання лазерного обладнання та його можливості [56]:

  1.  Основною перевагою цього виду обладнання є те, що це разове вкладення грошей. Витрати на утримання мінімальні і йдуть тільки на підтримку ресурсу випромінювача. Разом з витратами на електроенергію вони становлять близько $ 1 на день.
  2.  Із застосуванням лазерного обладнання з'явилася можливість робити лазерне гравіювання на м'яких і гнучких матеріалах, наприклад, на тканинах, папері тощо. Відпала необхідність у закріпленні матеріалу: матеріал кладеться на робочу поверхню і проводиться гравіювання.
  3.  Застосування лазерного гравірування дає можливість напряму працювати з векторних програм AutoCAD і CorelDRAW, використовувати інтерфейс USB.
  4.  Висока швидкість гравіювання і різання дозволяє уникнути білої бахроми по краю оргскла, зріз виходить рівним і прозорим.
  5.  Вибір післядрукарського обладнання

При виборі післядрукарського обладнання потрібно орієнтуватися на технічні характеристики машин, а й на особливості спрямування виконуваних робіт та матеріалів, що застосовуються у процесі виробництва. Тому в даній магістерській дисертації було проведено детальний огляд післядрукарського обладнання та його характеристик, необхідного для виробництва пакування з пластику.

  1.  Вибір висікального устаткування

При виборі висікального, бігувального обладнання, було проаналізовано декілька варіантів, які наведено нижче.

Паковання для картин має жорстку конструкція, що вимагає виготовлення складного висікального штампу, який попередньо розробляється у професійній програмі AutoCAD та зберігається в форматі *.cdr (файл для AutoCAD).

І варіант – висічка та біговка проводиться на ротаційній висікальній машині Машграф РВБ-200. Висікальний апарат, який складається з двох розташованих один над одним сталевих жорстких валів. На верхній вал встановлено ротаційний штамп. На нижній вал встановлений з зазором марзан у вигляді поліетиленової труби, що збільшує його довговічність, крім того передбачено регулювання зазору між валами, а конструкція забезпечує зручну заміну марзана.

Технічні характеристики Машграф РВБ-200:

  1.  максимальний формат аркушів – 2000×1450 мм;
  2.  мінімальний формат аркушів – 2000×1450 мм;
  3.  продуктивність – 4000 арк/год.;
  4.  максимальна товщина матеріалу – 2 мм;
  5.  максимальне зусилля висічки  – 250 т.

ІІ варіант – висікально-бігувальна машина Bobst SP Evoline 102-E, призначена для роботи з матеріалами високої щільності. Точність проходження листа і чіткість роботи секції виштовхування відходів при одночасному досягненні високих виробничих швидкостей відповідають вимогам сучасного ринку.

Технічні характеристики Bobst  SP Evoline 102-E:

  1.  максимальний формат аркушів – 1020×720 мм;
  2.  мінімальний формат аркушів – 400×350 мм;
  3.  продуктивність – 7000 арк/год.;
  4.  максимальна товщина картону – 2 мм;
  5.  максимальне зусилля висічки – 250 т;
  6.  максимальна маса картону 2000 г/м2;
  7.  мінімальна маса паперу 80-90 г/м2;
  8.  максимальна товщина гофрокартону 4мм.

ІІІ варіант – машина ротаційної висічки АРНІТА-1/2100  PC-3 призначена для висічки заготовок коробів будь-якого ступеня складності з гофрованого та склеєного картону. 

Технічні характеристики АРНІТА-1/2100 РС-3:

  1.  максимальний формат аркушів – 2100×1200 мм;
  2.  мінімальний формат аркушів – 300×300 мм;
  3.  продуктивність – 4000 арк/год.;
  4.  максимальна товщина матеріалу – 1,75 мм;
  5.  максимальне зусилля висічки – 300 т.

ІV варіант – висікальний прес Yawa AD-800E з плоским штампом, з функцією видалення облою та із секцією стапелювання малоформатних заготовок.

Технічні характеристики Yawa AD-800E:

  1.  максимальний формат аркушів – 810×620 мм;
  2.  мінімальний формат аркушів – 400×350 мм;
  3.  продуктивність – 7500 арк/год.;
  4.  максимальна товщина матеріалу – 2,5 мм;
  5.  максимальне зусилля висічки – 350 т.

V варіант – висікальний прес компанії Young Shin Machinery модель Revotec 145SR з максимальним форматом листа 1450х1020 мм і зусиллям висічки до 500 тонн. Переваги пресів серії Revotec 106SR - це європейський рівень автоматизації, висока якість виготовлення деталей і точність зборки.

Технічні характеристики Revotec 145SR:

  1.  максимальний формат аркушів – 760×1060 мм;
  2.  мінімальний формат аркушів – 300×300 мм;
  3.  продуктивність – 7500 арк/год.;
  4.  максимальна товщина матеріалу – 1,5 мм;
  5.  максимальне зусилля висічки – 250 т.

При аналізі та виборі оптимального устаткування для висічки та біговки було побудовано радіальну діаграму, що зображена на рисунку 1.21. Проаналізувавши результати зображені на діаграмі та пріоритетними параметрами для нашого виробництва, такими як максимальна товщина оброблюваного матеріалу та максимальне зусилля висічки, можна зробити висновок,  що оптимальним висікальним пресом буде Yawa AD-800E. Прес має направляючі упори, що стабілізують рух листа, захист приводу механізму висікання від перевантаження, систему видалення облою. Специфікою даної моделі є максимальний розмір аркуша 810 х 620 мм, мінімальний розмір аркуша паперу 400 х 350 мм, зусилля висічки досягає  350 т, а товщина оброблюваних матеріалів сягає 0,1-2,5 мм. Максимальна продуктивність 7500 циклів/год.

Рис. 1.21. Радіальна діаграма порівняльної характеристики висікального обладнання

Комп'ютерна система з великим сенсорним екраном керує роботою сервоприводів фольгоподаючих апаратів, позонним нагрівом стільникової термоплити, регулюванням зусиллям натиску. Параметри даного замовлення можуть бути введені в пам'ять для повторного використання.

  1.  Вибір різального обладнання

Основними технологічними параметрами ОРМ є максимальна довжина різу і максимальна висота стопи. Довжину різу слід вибирати виходячи з розміру діагоналі стопи максимального формату, яку планується різати на ОРМ. Це дозволить повертати стопу в будь-якому місці столу.

Максимальне число різів за хвилину при виборі машини можна не враховувати, оскільки цей параметр мало впливає на реальну продуктивність різання. Значно важливіше ступінь автоматизації і зручність управління ОРМ. У сучасних моделях повинні бути передбачені функції програмного завдання зусилля притиску і положення подавача з можливістю збереження наборів даних.

При виборі ОРМ слід звернути увагу на її масу. Оскільки при роботі ОРМ виникають значні динамічні навантаження, термін життя механізмів у великій мірі буде залежати від ефективності демпфірування станиною цих навантажень.

І варіант – одноножева різальна машина Perfecta 92 UC. Різальна машина Perfecta 92 UC, оснащена пультом управління, на якому можна зберігати до 250 програм. Суцільний стіл різальної машини дозволяє звести до мінімуму ризик пошкодження нижніх листів стопи. Завдяки конструкції бокової направляючої, яка працює від сервоприводу, швидкість затла може досягати 300 мм/сек, а швидкість різу – до 50 різів за хвилину, що дозволяє працювати з високою продуктивністю без втрати якості різу.

Технічні характеристики Perfecta 92 UC:

  1.  ширина різального стола – 920 мм;
  2.  максимальне зусилля прижиму ножа – 30 кН;
  3.  максимальна висота стопи – 120 мм;
  4.  мінімальна залишкова полоса – 57 мм;
  5.  швидкість різу – до 50 різів/хв;
  6.  маса – 2 т.

ІІ варіант – одноножева різальна машина Polar 92 CE. Машина оснащена оснащена цифровим пультом управління, програмним забезпеченням, має фотозахисну систему. Центральний та бічні столи оснащені повітроприводом.

Технічні характеристики Polar 92 CE:

  1.  ширина різального стола – 920 мм;
  2.  максимальне зусилля прижиму ножа – 30 кН;
  3.  максимальна висота стопи – 120 мм;
  4.  мінімальна залишкова полоса –  60 мм;
  5.  швидкість різу – 45 різів/хв;
  6.  маса –  1,89 т.

ІІІ варіант – одноножева різальна машина Eurocutter 920. Машина Eurocutter має масивну суцільнометалеву конструкцію, що виключає її вібрацію при роботі. Задній, передній і бічні столи мають хромоване покриття і оснащені повітророздувом.

Створювана повітряна подушка дозволяє легко переміщати стопу матеріалу. Гідравлічний привід притиску стопи забезпечує плавне і точне налаштування, рівномірний притиск і повністю виключає перекоси при різанні.

Точність подачі затла становить ± 0,01 мм, а похибка підрізування не перевищує ± 0,03 мм. Завдяки стабільному зчепленню надійність приводу гарантована при найвищих навантаженнях. Спеціальні технологічні і конструктивні рішення дозволили отримати зусилля притиску стопи від 30 до 45 кН.

Технічні характеристики Eurocutter 920:

  1.  ширина різального стола – 920 мм;
  2.  максимальне зусилля прижиму ножа – 40 кН;
  3.  максимальна висота стопи – 120 мм;
  4.  мінімальна залишкова полоса –  80 мм;
  5.  швидкість різу –  48 різів/хв;
  6.  маса –  3,1 т.

ІV варіант – одноножева різальна машина EBA Серія 721-06. Одноножева різальна машина EBA відносяться до класу легких різальних машин і орієнтована на завантаження малої та середньої інтенсивності в умовах роботи невеликих друкарень для виробництва найрізноманітнішої продукції від журналів і брошур до календарів, візиток, бланків. Основною особливістю різальних машин EBA є наявність у них гідравлічних приводів основних вузлів і механізмів, що забезпечує якість різу і плавність ходу ножа.

Технічні характеристики EBA Серія 721-06:

  1.  ширина різального стола – 720 мм;
  2.  максимальне зусилля прижиму ножа – 30 кН;
  3.  максимальна висота стопи – 80 мм;
  4.  мінімальна залишкова полоса – 32 мм;
  5.  швидкість різу – 40 різів/хв;
  6.  маса –  0,62 т.

V варіант – одноножева різальна машина Wohlenberg 76. ОРМ – нова ергономічна машина має лише один важіль для опускання ножа, що дозволяє знизити навантаження на оператора. Сервопривід для управління затла дозволяє швидко позиціювати пачки паперу до 30 см в секунду. Швидкість затла, прискорення і гальмування можуть налаштовуватися. При підйомі притискна балка зупиняється близько до верхньої поверхні матеріалу, значно скорочуючи час циклу різання. Стали мають повітряну подушку.

Технічні характеристики Wohlenberg 76:

  1.  ширина різального стола – 760 мм;
  2.  максимальне зусилля прижиму ножа – 25 кН;
  3.  максимальна висота стопи – 110 мм;
  4.  мінімальна залишкова полоса – 42 мм;
  5.  швидкість різу – 30 різів/хв;
  6.  маса – 2 т.

При аналізі та виборі оптимального устаткування для різання було побудовано радіальну діаграму, що зображена на рисунку 1.22. Проаналізувавши результати зображені на діаграмі та пріоритетними параметрами для нашого виробництва, такими як максимальна довжина різу і максимальна висота стопи та максимальне зусилля прижиму ножа, можна зробити висновок,  що оптимальною одно різальною машиною буде Perfecta 92 UC.

Perfecta лідирує на світовому ринку різального обладнання, завдяки наступним характеристикам своєї продукції:

  1.  суцільнолита станина, що забезпечує стабільність і жорсткість;
  2.  попередньо обираний високоточний обтиск зі спеціальною гідравлікою і можливістю продовження часу обтиску до 9,9 с для ще більш точного різу;
  3.  верхня і бокова напрямні з високоточною системою позиціонування затла забезпечують точність різу до 0,02 мм.
  4.  Управління швидкістю затла, оптимізується для кожного матеріалу, що розрізається;
  5.  плоский і точний шабельний різ;
  6.  російськомовний інтерфейс сенсорного екрану;
  7.  повноцінна графіка, вже перед програмуванням представляє стопу матеріалу, що розрізається і показує можливі помилки ще до приведення в дію програми;
  8.  оптичне позначення лінії різу.

Рис. 1.22. Радіальна діаграма порівняльної характеристики різального обладнання

Perfecta UC – комп'ютеризована високопродуктивна різальна машина для різних робіт великих обсягів. Програмована машина для швидкої, точної і рентабельної обробки різноманітних, в тому числі легкозминаємих матеріалів. Вирішальним чинником забезпечення високого комфорту при роботі на Perfecta UC є рідкокристалічний дисплей, який показує дійсний і необхідний розміри, а також дає необхідну текстову інформацію російською і на двох інших мовах на вибір. Використовуючи чотири багатофункціональні клавіші, оператор має можливість раціонально програмувати і виконувати процес різання. Perfecta UC пропонує широкий вибір функцій: повторення, навчання і спеціальні, за допомогою яких створюються і запам'ятовуються програми різів. У пам'яті машини може тривало зберігається до 250 програм з 6000 операцій. Є чотири виходи для управління периферійними пристроями при роботі в складі різального комплексу.

  1.  Вибір обладнання для ламінування

На ринку поліграфічних послуг ламінування вже тривалий час є однією з необхідних складових післядрукарської обробки. Сфера застосування ламінування дуже обширна: обкладинки для книг, каталогів, рекламні матеріали для торгових точок, презентаційні папки, настінні та кишенькові календарі і т.п. Отже, практично для будь-якої більш-менш «серйозної» друкарні наявність рулонного ламінатора досить актуально.

Критеріїв за вибором необхідного устаткування існує безліч, але основними є наступні:

1. Максимальна ширина ламінування, що повністю відповідає максимальному формату друкарського обладнання.

2. Продуктивність ламінатора (зауважте, не швидкість – найчастіше саме цей параметр вводить в оману зайво прискіпливого покупця).

3. Функціональні можливості ламінатора за одностороннім і/або двосторонньому ламінуванню (нерідко на ринку універсальними заявляються ламінатори, які призначені тільки для одного типу ламінування.

4. Надійна фірма-виробник обладнання для ламінування.

Для вибору обладнання було проаналізовано та порівняно технічні характеристики наступного обладнання:

І варіант – промисловий ламінатор №12-840 фірми Honest Metal Etching & Finishing Machine Co (Китай). Промисловий ламінатор цієї серії призначений для швидкісної одно- і двосторонньої ламінації поліестровою плівкою на клейовій основі. Подача листів проводиться стрічковим конвеєром. Плівка надходить із двох рулонів і припресовується по черзі, одним, а потім іншим нагрітим гумовим валом. Можливо також одностороннє ламінування. Тиск між циліндрами створює гідравлічний механізм, контрольований за допомогою вбудованого манометра. Регулювання температури кожного валу, швидкості ламінування та інших параметрів здійснюється з електронного пульта управління.

Технічні характеристики Jaguar 700:

  1.  максимальна ширина ламінування – 700 мм;
  2.  мінімальна ширина ламінування – 280 мм;
  3.  швидкість ламінування – 38 м/хв;
  4.  температура ламінування – 30-120°C;
  5.  товщина плівки для ламінування – 15-50 мкм;

ІІ варіант – ламінатор Excelam DC Q1 фірми GMP (Південна Корея ). На  цьому обладнанні можна здійснювати як двостороннє, так і одностороннє ламінування. Найсерйознішу проблему при односторонньому ламінуванні – сгортуємість заламінованої продукції, вирішено за допомогою спеціального випрямляючого механізму, розташованого з тильної частини ламінатора. Механізм унікальний тим, що з його допомогою випрямляється задрукована продукція різної щільності, заламінована не тільки поліпропіленовими еластичними плівками, а й жорсткими, на основі поліестру.

Технічні характеристики Excelam DC Q1:

  1.  максимальна ширина ламінування – 635 мм;
  2.  мінімальна ширина ламінування – 350 мм;
  3.  швидкість ламінування – 10 м/хв;
  4.  температура ламінування – 30-120°C;
  5.  товщина плівки для ламінування – 35-75 мкм;

ІІІ варіант – рулонний ламінатор KDFM-720. Рулонний ламінатор KDFM-720 фірми Wnt Company (США), призначений для одно і двосторонньої ламінації листової продукції. Система нагріву валів ламінатора KDFM 720: 2 сталевих вали з внутрішнім нагрівом + 2 притискних силіконових вали.

Технічні характеристики KDFM-720:

  1.  максимальна ширина ламінування – 720 мм;
  2.  мінімальна ширина ламінування – 300 мм;
  3.  швидкість ламінування – 15 м/хв;
  4.  температура ламінування – 60-130°C;
  5.  товщина плівки для ламінування – 45-120 мкм;

ІV варіант – гідравлічний високошвидкісний промисловий ламінатор YDFM-920 фірми Wnt Company (США) призначений для швидкісного одностороннього ламінування листових і рулонних матеріалів з можливістю бічного підрізування. Гідравлічна система тиску створює великий і рівномірний тиск, що дозволяє досягти високої швидкості ламінування. Автоматичне регулювання швидкості і температури. Розділені ремені конвеєра подачі. Рівномірне електричне нагрівання. Велика контактна площа валу забезпечує високу ступінь однорідності готового матеріалу, сильну припресовку без скручування.

Технічні характеристики YDFM-920:

  1.  максимальна ширина ламінування – 920 мм;
  2.  мінімальна ширина ламінування – 350 мм;
  3.  швидкість ламінування – 40 м/хв;
  4.  температура ламінування – 20-180°C;
  5.  товщина плівки для ламінування – 30-80 мкм;

V варіант – рулонний ламінатор Dragon FM-1000(Японія) призначений для одно і двосторонньої ламінації листової продукції. Система нагріву валів ламінатора Dragon FM-1000: 2 сталевих валу з внутрішнім нагрівом + 2 притискних силіконових валу.

Технічні характеристики Dragon FM-1000:

  1.  максимальна ширина ламінування – 1000 мм;
  2.  мінімальна ширина ламінування – 380 мм;
  3.  швидкість ламінування – 20 м/хв ;
  4.  температура ламінування – 60-130°C;
  5.  товщина плівки для ламінування – 25-65 мкм;

При аналізі та виборі оптимального устаткування для ламінування було побудовано радіальну діаграму, що зображена на рисунку 1.23. Проаналізувавши результати зображені на діаграмі з пріоритетними параметрами для нашого виробництва, такими як максимальна ширина ламінування, швидкість та максимальна товщина використовуваних плівок для припресовування, було зроблено висновок,  що оптимальним ламінатором для виробництва буде Vega YDFM-920.

Рис. 1.23. Радіальна діаграма порівняльної характеристики обладнання для ламінації

Ламінатор серії YDFM призначений для швидкісного одностороннього ламінування листових і рулонних матеріалів з можливістю бічного підрізування плівки. YDFM-920 – модель ламінатора з гідравлічною системою притиску валів (тиску припресовування). Ламінатор має високе і рівномірне значення тиску, високу швидкість ламінування з автоматичним регулюванням швидкості і температури. Оснащений розділеними ременями конвеєра подачі, має рівномірне електричне нагрівання. Велика контактна площа валу дає високий ступінь однорідності припресовування, без скручування. Температура – 60-130°С, діаметр нагрівального валу – 220 мм, потужність нагрівача – 6 Квт, потужність мотора – 0,75 КВт, споживання електроенергії – 6,75 КВт, габарити – 1900х1500х1600 мм, вага – 500 кг.

Висновки до розділу 1

1. Аналіз сучасної наукової літератури свідчить, що питання обробки пластикових матеріалів при виготовленні пакування дотепер залишаються малодослідженими, але при сьогоднішніх темпах виробництва та потребах замовників є дуже актуальним.

2. Проведений аналіз ринку пакувальної продукції показав, що вироби з полімерних матеріалів складають 37% від загальної маси ринку споживчої упаковки, серед яких  вироби з ПЕ та ПП становлять 54%.

3. Проаналізовано способи задруковування поверхні пластику та методи її обробки, на основі чого складено класифікації цих процесів.

4. У процесі дослідження наукової літератури та проведеного патентного пошуку встановлено, що найбільш розповсюдженою технологією обробки пластикових матеріалів при виготовленні пакування є технологія висікання із застосуванням плоских штанцформ. Також має місце підвищення інтересу до виконання даних операцій за допомогою застосування лазерних технологій.

5. У дисертаційній роботі розглянуто технологічне оснащення форм для плоского штанцювання, стадії їх виготовлення, а також технологічні аспекти при контролі якості виготовлення форм.

6. В роботі було проведено вибір післядрукарського оброблювального обладнання на основі аналізу технічних характеристик обладнання та побудови радіальних діаграм для визначення оптимальних варіантів вибору устаткування.  

2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

Пластик широко використовується в промисловості як пакувальний матеріал, і відзначається низькою вагою, вартістю, добрими фізико-механічними властивостями.

Крім того, паковання з пластику, повинні відповідати певним експлуатаційним вимогам, важливим з яких є величина опору на згинання, розтягування та розрив. Тому важливо дослідити фізико-механічні та експлуатаційні властивості пластику і виготовлених паковань з нього.

Для дослідження було використано термопластичний полімер – поліпропілен. До основних характеристик поліпропілену відносять [20]:

Поліпропілен має низьку щільність і хороший опір до високих температур.

Матеріал із поліпропілену володіє високою межею міцності та хімічною стійкістю.

Поліпропілени фізіологічно нешкідливий.

Поліпропілен має високу водостійкість і хорошу зварюваність.

Будова поліпропіленів характеризується крихкістю при низьких температурах, низьким опором тертя і низькою ударною міцністю.

Хімічні властивості поліпропілену:

Поліпропілени мають стійкість проти лугів, кислот, алкоголю, сольових розчинів, бензину, олії, молока, фруктових соків.

Поліпропілен нестійкий проти хлорованих вуглеводнів. При контакті поліпропілену з міддю є ймовірність утворення тріщин із-за внутрішніх напружень. Матеріал легко загоряється, при цьому утворює краплі і продовжує горіти світлим полум'ям, серцевина полум'я блакитна, виділяється різкий запах парафіну.

Поліпропілен отримують полімеризацією пропілену в присутності металокомплексних каталізаторів, наприклад, каталізаторів Циглера-Натта (наприклад, суміш TiCl4 та AlR3) [23]:

nCH2 = CH(CH3) → [-CH2-CH(CH3)-]n                                     (2.1)

Міжнародне позначення – PP.

У 1954 Дж.Натта (Італія) визначив його молекулярну структуру, відкривши важливий клас стереорегулярних полімерів. Бічні метилові групи CH3 можуть розташовуватися в ланцюзі поліпропілену випадковим чином

           (2.2)

або регулярним

  (2.3)

Натта назвав полімери першого типу атактичним, а другого – тактичними, в даному специфічному випадку - ізотактичними (що означає "на одній стороні").

В атактичному поліпропілені безладне розташування метильних груп перешкоджає кристалізації, у результаті виходить м'який, гумоподібний матеріал, який легко розчинний в органічних розчинниках і розм'якшується при невисоких температурах. Він використовується для отримання різних виробів методом екструзії, а також в якості клею для пластмас.

В тактичному поліпропілені метильні групи розташовані регулярно уздовж ланцюга. Внаслідок цього з тактичного поліпропілену виходять міцні жорсткі термопласти з високими температурами плавлення і відмінною стійкістю до розчинників. Ізотактичний поліпропілен – важливий промисловий продукт. Він широко використовується для отримання волокон і плівок і як матеріал для литтєвого й видувного формування ємностей.

На відміну від поліетилену, поліпропілен менш щільний (щільність 0,91 г/см3, що є найменшим значенням взагалі для всіх пластмас), більш твердий (стійкий до стирання), більш термостійкий (починає розм'якшуватися при 140°C, температура плавлення 175°C), майже не піддається корозійному розтріскуванню. Володіє високою чутливістю до світла і кисню (чутливість знижується при введенні стабілізаторів).

Поведінка поліпропілену при розтягуванні ще більшою мірою, ніж поліетилену, залежить від швидкості прикладання навантаження і від температури. Чим нижче швидкість розтягування поліпропілену, тим вище значення показників механічних властивостей. При високих швидкостях розтягування руйнівне зусилля при розтягуванні поліпропілену суттєво нижче його межі текучості при розтягуванні.

Показники основних фізико-механічних властивостей поліпропілену наведені в таблиці 2.1 [19]:

Таблиця 2.1

Фізико-механічні властивості поліпропілену

Назва показника

Значення

Щільність, г/см3

0,90—0,91

Руйнівна напруга при розтягуванні, кгс/см²

250—400

Відносне видовження при розриві, %

200—800

Модуль пружності при згині, кгс

6700—11900

Межа текучості при розтягуванні, кгс/см2

250—350

Відносне видовження при межі текучості, %

10—20

Ударна в'язкість з надрізом, кгс•см/см2

33—80

Твердість по Бринеллю, кгс/мм2

6,0—6,5

Поліпропілен – водостійкий матеріал. Навіть після тривалого контакту з водою протягом 6 місяців (при кімнатній температурі) водопоглинання поліпропілену складає менше 0,5%, а при 60ºС – менше 2%.

В ході дослідження використовується поліпропілен фірми Eplak,        білий – товщиною 0,3; 0,4 та 0,5 мм та чорний – 0,5 мм. Кожен зразок було розрізано на прямокутники розміром 20х150 мм.

Для проведення досліджень, зразки попередньо пробігували. Для бігування було використано бігувально-перфораційну машину               Introma BP-500.

Introma BP-500 – напівавтоматична машина з ручною подачею матеріалу та електромеханічним приводом ножів, управляється ножною педаллю. Переналагодження на потрібний вид роботи здійснюється зміною інструменту (ножі або бігувальні планки). Машина має робочу ширину 500 мм і продуктивність до 70 циклів за хвилину.

Максимальна глибина бігування 0,5 мм. При перфоруванні ножем діаметром 1 мм максимальна товщина стопи 0,7 мм, а для ножів діаметром 4 мм і 6 мм – до 20 аркушів паперу щільністю 80 г/м². В якості додаткового обладнання до машини пропонується станина, бігувальні і перфораційна планки, а також набори ножів для пробивання отворів під стандарт «WIRE-O» (технологія WIRE-O широко застосовується у виробництві перекидних календарів зі спіраллю).

Технічні характеристики:

  1.  довжина бігування, мм – 500;
  2.  максимальна довжина перфорації, мм – 500;
  3.  максимальна величина тиску на ніж, мм – 500;
  4.  продуктивність, ударів / хв. – 70;
  5.  максимальна товщина матеріалу (для перфорації), мм – 0,5;
  6.  максимальна товщина матеріалу (для біговки), мм – 2,0;
  7.  потужність і енергоспоживання, В / Гц / кВт – 230 / 50 / 0,55;
  8.  габарити, ДхШхВ, мм – 630 х 660 х 430;
  9.  вага, кг – 90.

Перед початком проведення експерименту виконуємо ввімкнення та підготовку до експлуатації та роботи бігувального апарату.

 

Рис.2.1. Загальний вигляд бігувально-перфораційної машини Introma BP-500.             1 – педаль; 2 –робочий механізм; 3 – лінійка; 4 – упор; 5 – станина; 6 – бігувальна планка

Підготовка машини до експлуатації та роботи:

  1.  Змістити бігувальну планку (6) з початкового положення, натиснувши викруткою на її торець, потім дістати її. Встановити планку на місце так, щоб обраний паз знаходився в дальньому від лінійки положенні.
  2.  Встановити упор (4) за допомогою лінійки (3) в необхідне положення.
  3.  Вставити матеріал для бігування під робочий механізм (2), вирівняти його по лінійці (3) і упору (4). Натиснути педаль (1) до відмови.

В процесі бігування, були отримані зразки із глибиною канавки 0,03 мм та шириною 0,5 мм.

В процесі бігування, були отримані зразки із глибиною канавки 0,3 мм та шириною 0,5 мм.

Після підготовки зразків, досліджували величину напруження при розриві пластику. Метод полягає в розтягуванні випробуваного зразка з постійною швидкістю деформування, для визначення показників встановлених у довідковому додатку.

Назва та основні характеристики випробувального обладнання та вимірювальних інструментів наведені у табл. 2.2.

Таблиця 2.2

Обладнання та інструменти необхідні для дослідження

№ п/п

Найменування

Межі вимірювань

Похибка вимірювань

1

Машина випробувальна

TIRATEST-2151

№ 19/80

навантаження  до 5 кН

в не перевищує

1%

2

Мікрометр

МК-25 № 7695

розміри

від 0 до 25 мм

за класом

точності 2

3

Штангенциркуль

з цифровою індикацією відліку

розміри

від 0 до 150 мм

за 2-м класом точності

Зразки у вигляді стрічок (рис. 2.2 та 2.3) вирізали із поліпропілену, попередньо пробігованих та оброблених лазерним променем. Для вирізки зразків використовували металеву лінійку за ГОСТ 427-75 та ножиці.

Рис. 2.2. Загальний вигляд зразків для випробування на розтяг

Рис. 2.3. Загальний вигляд зразків для випробування на розтяг підготовлених за допомогою лазерної обробки

Ширина стрічок складала (20±0,2) мм, з різницею найбільшої та найменшої ширини по довжині робочої частини не більше ±0,1 мм. Загальні довжини зразків складали (150±0,5) мм., робочі частини зразків – (50±0,5) мм (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Геометричні характеристики зразка для випробування на розтяг

Вимірювання товщини зразків проводили мікрометром МК-25 за ГОСТ 6507-90. Ширину зразків вимірювали штангенциркулем з цифровою індикацією за ГОСТ 166-89. Вимірювання проводили у трьох точках в середній частині зразка та на межах робочої (розрахункової) ділянки. Точність вимірювання товщини складала ±0,005 мм. Точність вимірювання ширини зразків - ±0,01 мм. Результати вимірювань усереднювали.

Площу поперечного перерізу (мм2) визначали за формулою

А0 = δ0 b0           

де: δ0 – товщина зразка, мм;

     b0 – ширина зразка, мм.

Значення площі поперечного перерізу F0 округлювали до 0,01 мм2.

Зразки маркували номерами від 1 до 16 поза робочою частиною.

2.1. Методика вимірювань

Для випробувань на розтяг поліпропілену була використана універсальна випробувальна машина TІRAtest-2151, загальний вигляд якої представлено на рис. 2.5 та 2.6.

Рис.2.5. Загальний вигляд випробувальної машини TIRATEST—2151.

1– нерухома траверса; 2 – динамометр; 3 – нерухомий затискувач;
4 – зразок; 5 – рухомий затискувач; 6 – рухома траверса; 7 – пристрій для друкування
ROBOTRON K6313; 8 – табло індикації сили Р (Н); 9 – табло індикації деформації L (мм); 10 – табло індикації даних вводу та виводу; 11 – програмний шаблон; 12 – клавіатура вводу попередніх даних;  13 –ручка для вмикання та вимикання випробувальної машини.

Технічні дані машини:

Максимальне навантаження, кН ………………..

5

Межі зміни навантаження, Н …………………..

0,01 – 5000

Точність вимірювання переміщення, мм ………

0,01

Діапазон швидкості траверси, мм/хв ……………

0,5 – 1000  

Рис. 2.6. Панель обслуговування випробувальної машини.

14 – ручка  регулювання швидкості; 15, 17 – клавіші переміщення рухомого затискувача відповідно вниз та вгору; 16 – клавіша зупинки роботи машини; 18 – клавіша ZERO (тимчасова зупинка роботи машини); 19 –клавіша  підключення  екстензометра;    20 – клавіша зниження  швидкості переміщення рухомого затискувача у 40 разів (при натиснутій клавіші); 21–ручка переключення режиму роботи.

Універсальна випробувальна машина TIRATEST-2151 призначена для визначення механічних властивостей металів, пластмас, волокон, композиційних матеріалів тощо. За допомогою різних програмних шаблонів можна здійснювати такі режими навантаження та деформування:

  1.  розтяг, стиск або згин із заданою постійною швидкістю деформування;
  2.  випробування на повзучість при постійному або циклічному навантаженні;
  3.  вимірювання релаксацій напружень при постійній або циклічній деформації.

Опис блок-схеми (рис. 2.7). Через пульт керування здійснюється введення попередніх даних в обчислювальну машину (режим навантаження, довжина зразка та інші параметри). Обчислювальна машина (мікропроцесор К1520) за допомогою відповідного блока керує роботою пристрою навантаження, який через механічний зв’язок (черв’ячна передача) здійснює переміщення рухомого затискувача та деформує зразок. Динамометр через нерухомий затискувач вимірює силу Р. Пристрій вимірювання деформацій ΔL фіксує переміщення рухомого затискувача. Данні про силу Р та деформацію ΔL надходять до обчислювальної машини. Остання запам’ятовує всю інформацію про процес деформування і в ході випробування передає цю інформацію на індикатори Р та ΔL. При закінченні випробування мікропроцесор через пристрій для друкування ROBOTRON K6313 здійснює виведення на папір діаграми деформування та протоколу випробування.

Для проведення дослідження машина приведена в режим               TEST-STOP, в якому після закінчення роботи активний затискувач зупиняється і повертається у вихідне положення лише після натискання відповідної клавіші.

Рис.2.7. Блок-схема  випробувальної машини TIRATEST—2151.

Вхідні дані програмного шаблону (INPUT):

DAT1…DAT4 – довільні числа (дата проведення випробування,
№ випробуваного зразка, № випробування і т.д.);

DIV – площа поперечного перерізу зразка, мм2;

L (або H) – робоча довжина зразка, мм;

F0 – початкова сила, H (орієнтовно береться F0 10…20 Н);

F1 ,F2 – значення сил для визначення модуля пружності, Н;

AG – гранична відносна деформація, при досягненні якої розтяг припиняється, %;

Δ2 – спад сили (Н) для розпізнання мікропроцесором моменту розриву зразка;

Виведення даних (OUTPUT) :

NR – номер випробування;

FB – сила при розриві, Н;

FH – максимальна сила, Н;

A1 ,A2 – деформації (%) , що відповідають F1 та F2 ;

AH – деформація (%) , що відповідає FH;

AB – деформація (%) , що відповідає FB;

М – модуль пружності М, (МПа) , який обчислюється за формулою:

                                      (2.4)

Ці дані виводяться на папір разом з протоколом або на табло.

Порядок роботи з випробувальною машиною TIRATEST-2151.

  1.  Ручкою 13 вмикаємо випробувальну машину.
  2.  Встановлюємо потрібний програмний шаблон 11.
  3.  За допомогою клавіатури 12 вводимо вхідні дані.
  4.  Встановлюємо потрібну робочу відстань між затискувачами (режим L0-SET) .
  5.  Закріплюємо зразок 4 у затискувачах 3, 5.
  6.  Натискаємо клавішу 15 для початку випробування на розтяг чи клавішу 18 для випробування на стиск.
  7.  Після закінчення випробування повертаємо затискувачі у вихідне положення (клавіші 18 чи 15).
  8.  Пристрій для друкування 7 здійснює вивід на папір діаграми деформування.

Випробування проводять при температурі (23 ± 2) ° С і відносній вологості (50 ± 5)%, якщо в нормативно-технічній документації на матеріал немає інших вказівок.

Випробування проводять при швидкості розсування затискачів випробувальної машини, передбаченої в нормативно-технічній документації на матеріал і дорівнює 50 мм/хв.

При випробуванні постійно вимірюють навантаження та видовження зразка. При записі «навантаження-видовження» визначають показники досліду на розтягування у відповідності до рис. 2.8. 

Рис. 2.8. Типова залежність навантаження-видовження для полімерних матеріалів:

1 – матеріал має межу текучості; 2 – матеріал не має межі текучості; а – ділянки прямолінійного направлення кривої  на початку кривої «навантаження-видовження»;        S – межа текучості;  x – відрізок на вісі видовження для визначення умовної межі текучості; Sx – умовна межа текучості.

Обробка результатів

Міцність (σ) в МПа (Н/мм2) обчислюють за формулами:

міцність при розтягуванні (σz)

                                                 (2.5)

міцність при розриві ( )

                                                     (2.6)

межа текучості ()

                                                    (2.7)

умовна меже текучості ()

                                                 (2.8)

де  – максимальне навантаження розтягування при випробуванні на  розтяг, Н;

– навантаження розтягнення в момент розриву, Н;

– навантаження розтягнення в момент досягнення межі текучості, Н;

навантаження розтягнення в момент досягнення умовної межі текучості, Н;

початковий поперечний переріз зразка, мм2.

За результат випробування приймають середнє арифметичне не менше п'яти визначень, обчислене до третьої значущої цифри.

Б) Відносне подовження (е) у відсотках обчислюють за формулами:

відносне подовження при максимальному навантаженні ()

                                            (2.9)

відносне видовження при розриві ()

                                          (2.10)

відносне видовження при межі текучості ()

                                        (2.11)

де початкова розрахункова довжина зразка, мм;

– зміна розрахункової довжини зразка в момент досягнення  максимального навантаження, мм;

– зміна розрахункової довжини зразка в момент розриву, мм;

– зміна розрахункової довжини зразка в момент досягнення межі текучості, мм.

За результат випробування приймають середнє арифметичне не менше п'яти визначень, обчислене до другої значущої цифри.

Для кожного показника обчислюють величину стандартного відхилення за ГОСТ 14359-69 з точністю, передбаченою для обчислення середнього арифметичного. Результати випробування записують у протокол.

Висновки до розділу 2

Для проведення експериментальних досліджень використовується стрічковий поліпропілен різної товщини (білий – 0,3 мм, 0,4 мм, 0,5 мм та чорний – 0,5 мм ) та з різними методами обробки поверхні (з використанням бігування та лазерного гравіювання). Для підготовки зразків було використано бігувально-перфораційну машину Introma BP-500 та лазерну установку на основі твердотільного лазеру. Для дослідження на розрив та розтяг використовувалася універсальну випробувальну машину TIRATEST-2151.

3. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ

Випробування проведені у відповідності з ГОСТ 1497-84.

В результаті проведення дослідження значення сил на розтяг і на розрив поліпропіленового пластику були отримані результати, що наведені у табл. 3.1.

В таблиці наведені наступні величини:

V – швидкість обробки лазерним променем, мм/хв

І – сила струму, А

b – ширина пазу виміряна у поділках, под.

h – глибина пазу виміряна у поділках, под.

b – ширина пазу, мкм

h – глибина пазу, мкм

RB1, RB2, RB3 – отримані експериментально значення сили на розрив, Н/мм2

RB – середнє значення сили на розрив, Н/мм2

RH1, RH2, RH3 – отримані експериментально значення сили на розтяг, Н/мм2

RH – середнє значення сили на розтяг, Н/мм2

В ході експерименту було проаналізовано 68 зразків чорного пластику товщиною 500 мкм.

Примітка: зразки оброблені за допомогою бігування при даному навантаженні не зруйнувалися в робочій зоні, тому результати їх вимірювань не враховано.


Таблиця 3.1

Результати дослідження сил на розтяг і на розрив поліпропіленового пластику

V, мм/хв

І, А

b, под.

h, под.

b, мкм

h, мкм

Режим розфоку-сування

RB1, Н/мм2

RB2, Н/мм2

RB3, Н/мм2

RB, Н/мм2

RH1, Н/мм2

RH2, Н/мм2

RH3, Н/мм2

RH, Н/мм2

2000

28

23

3

338

44

Р1

10,28

10,32

9,87

10,16

20,16

19,46

19,27

19,63

2000

28

26

4

382

59

Р2

8,64

9,38

9,62

9,21

18,63

18,33

19,09

18,68

2000

28

25

4

368

59

Р3

10,43

9,59

10,75

10,26

20,36

19,64

18,57

19,52

1300

26

28

5

412

74

Р1

7,87

8,21

11,08

9,05

17,87

18,04

18,41

18,11

2000

26

20

5

294

74

Р2

13,36

10,96

13,70

12,67

20,44

20,84

20,83

20,70

1600

28

26

5

382

74

Р3

9,01

11,23

9,45

9,90

17,94

19,74

19,17

18,95

1600

26

26

7

382

103

Р1

13,07

10,07

11,10

11,41

21,36

19,15

20,11

20,21

1600

28

29

7

426

103

Р2

9,79

9,20

9,78

9,59

17,89

17,94

17,30

17,71

1600

28

28

8

412

118

Р3

11,25

9,00

10,32

10,19

18,27

18,06

19,28

18,54

1300

28

33

10

485

147

Р2

7,92

5,79

7,40

7,04

17,03

15,74

17,11

16,63

1300

28

32

10

471

147

Р3

7,59

8,40

6,70

7,56

16,50

17,73

16,63

16,95

1300

28

30

11

441

162

Р1

9,10

7,38

8,51

8,33

16,72

16,65

18,02

17,13

87

Необхідно отримати залежності, які б враховували наступні величини: параметри пазу (глибина і ширина), отримані під дією лазерного випромінювання, силу на розрив та розтяг.

Спочатку вище вказані величини були порівнянні за допомогою гістограми, що наведена на рис. 3.1. В даній діаграмі впорядкованим є лише глибина пазу, що зображена по зростанню. Але, якщо оцінити інші величини, то чіткої закономірності не спостерігається.

Рис. 3.1. Гістограма залежностей параметрів пазу (глибина і ширина),

сил на розрив та розтяг

На рис. 3.2. наведена залежність сили на розрив від глибини пазу. Але вона не враховує такий параметр як ширина.

Тому виникла необхідність знайти залежність величини розриву від функції, що вміщувала б одночасно  такі параметри як ширина і глибина пазу.

Для цього необхідно вирахувати комплексний параметр, який би включав всі параметри пазу.

RB, Н/мм2

h, мкм

Рис. 3.2. Діаграма залежності сили на розрив від глибини пазу

В першій ітерації комплексний параметр пазу Х  дорівнює відношенню глибини пазу до його ширини.

На рис.3.3 наведена залежність величини розриву від комплексного параметру Х. Як видно з рисунку апроксимуюча крива має низьку достовірність, а саме – багато точок, що випадають  з області кривої, що свідчить про невідповідність даної залежності.

RB, Н/мм2

X, мкм

Рис. 3.3. Залежність величини розриву від комплексного параметру Х при першій ітерації

В другій ітерації комплексний параметр пазу Х  дорівнює кореню із добутку глибини пазу на його ширину. На рис.3.4 наведена залежність величини розриву від комплексного параметру Х. Як і в першій ітерації апроксимуюча крива не є достовірною.

RB, Н/мм2

X, мкм

Рис.3.4. Залежність величини розриву від комплексного параметру Х при другій ітерації

В трейтій ітерації комплексний параметр пазу Х  дорівнює кореню суми квадратів  глибини та ширини пазу. На рис.3.5 наведена залежність величини розриву від комплексного параметру Х. Як видно з рисунку лінійна апроксимуюча крива знаходиться найближче до всіх точок і таким чином отримана залежність є відповідною.

RB, Н/мм2

X, мкм

Рис. 3.5. Залежність величини розриву від комплексного параметру Х при трейтій ітерації

На рис.3.6 наведена залежність величини сили на розрив від кореню суми квадратів ширини і глибини пазу. Як видно з рисунку апроксимуюча крива знаходиться найближче до всіх точок і таким чином отримана залежність є відповідною.

Але для отримання більш достовірної залежності була обрана лінійна апроксимуюча крива, що більше відповідає характеру залежності даних величин.

Але як видно з графіку одна точка випадає . Тому було вирішено її перевірити. При аналізі було виявлено що при експерименті в даній точці мала місце помилка, тому було прийняте рішення її не враховувати. Графік отриманий після цього наведений на рис. 3.7.

На рис. 3.8 наведена залежність величини сили розтягу від кореню суми квадратів ширини і глибини пазу.

RB, Н/мм2

X, мкм

Рис. 3.6. Залежність величини розриву від комплексного параметру Х

RB, Н/мм2

X, мкм

Рис.3.7. Залежність величини сили розриву від глибини та ширини пазу

RH, Н/мм2

X, мкм

Рис.3.8. Залежність величини сили на розтяг від глибини та ширини пазу

Апроксимуюча крива, що зображена на рис. 3.7 має наступну формулу:

При нульових значеннях параметрів пазу, тобто при відсутності обробки максимальна величина сили на розрив складає 16,88 Н/мм2.  

Апроксимуюча крива, що зображена на рис. 3.8 має наступну формулу:

При нульових значеннях параметрів пазу, тобто при відсутності обробки максимальна величина сили на розтяг складає 28,12 Н/мм2.  

Висновки до розділу 3

1. Отримані формули є математичними моделями залежностей сил на розрив і розтяг від геометричних параметрів пазу і можуть використовуватись при проектуванні пакування із заданими експлуатаційними характеристиками.

2. Отримані результати дозволяють визначити максимальну силу на розрив при вказаних геометричних параметрах пазу, що дозволить при проектуванні пакувань завчасно прогнозувати властивості пазу, які впливаються міцнісні характеристики та здатність формування готового виробу.

4. РОЗРОБЛЕННЯ РЕКОМЕНДАЦІЙ ПО ВИГОТОВЛЕНЮ ПАКУВАНЬ З ВИКОРИСТАННЯМ ТЕХНОЛОГІЙ ОБРОБКИ ПЛАСТИКУ

Обробка листового пластику використовується для створення заготовок, які в більшості випадків піддадуться подальшій обробці, наприклад, згинанню, формуванню, або стануть частиною готових виробів. Проблема вибору технології різання виникає, як правило, коли мова йде про необхідність розкрою листового пластику.

Не можна однозначно сказати, що та чи інша технологія краща – багато що залежить від властивостей матеріалу, що оброблюється, його товщини, хімічного складу, способу його виробництва, цілей обробки. Крім того, важливо зрозуміти для себе, що для вас важливіше – швидкість різання, рівень шкідливих впливів, навантаження на матеріал, простота застосування, економічність, вартість верстата, вартість витратних матеріалів, універсальність верстата.

Методи обробки пластику для виготовлення пакування, що розглядаються в даному дипломному проекті можна розглядати як механічний і термічний. До першого відноситься висікання, бігування, вирубка і т.д. До других – різка та гравіювання лазером. Принципово один метод відрізняється від іншого наявністю або відсутністю механічного впливу на матеріал, незалежно від його товщини.

З проблемою вибору технології для обробки матеріалу частенько стикаються технологи, головні інженери підприємств, коли приходить пора модернізації виробництва та вибору нового обладнання.

Як відомо, на вибір технології обробки впливає безліч факторів:

  1.  Матеріал і його товщина
  2.  Загальні умови (обробка повинна бути можлива існуючими  верстатами та інструментом)
  3.  Вимоги до точності і якості різу (можливість механічного або термічного впливу)
  4.  Термін виготовлення, вартість

При порівнянні двох технологій основне, що буде цікавити, це технологічні можливості (з точки зору товщини і типу матеріалу), швидкість і якість різу, собівартість одного метра різу. В якості вихідних даних будуть взята інформація, отримана від фірм, які є провідними виробниками обладнання, або інформація отримана з відкритих джерел.

Для порівняння двох технологій розглянемо можливості кожної з них з точки зору отриманого результату. Дані порівняння наведені в табл. 4.1.

Таблиця 4.1

Залежність якості різу від використовуваної технології

№ п/п

Назва показника

Висікання

Лазерна обробка

1

Нерівність різу

Мінімальна

Мінімальна

2

Кут нахилу

Залежить від ширини різу

Незначний

3

Теплова обробка

Нема

Присутня

4

Рубці по краям матеріалу

Мінімальні, залежить від заточки лінійок

Можливі, залежить від товщини матеріалу та чистоти газу

5

Завершальна обробка

В основному, нема необхідності

Буває необхідність

6

Мінімальна ширина різу

0,2 – 0,3 мм

7

Деформація матеріалу

Можлива, при великій щільності матеріалу

Незначна

8

Обробка складних контурів

Можливо

Можливо

Важливим чинником у будь-якому виробництві є кількість вироблених деталей за одиницю часу або, подивившись на цю проблему з іншої точки зору, можна сказати, швидкість виготовлення однієї заготовки.

Отже, з точки зору продуктивності, найбільшою швидкістю володіє обробка методом висічки, а лазерна різка явно поступається за швидкістю.

Переваги та недоліки обох технологій при обробці пластику для виготовлення пакування представлені в табл. 4.2.

Таблиця 4.2

Порівняння переваг та не недоліків технології висікання та лазерного гравіювання

Технологія висікання/бігування

Лазерне гравіювання

Переваги

  1.  Висока тиражестійкість;
  2.  Точність висікання;
  3.  Дозволяє отримувати виріб будь-якої форми;
  4.  Більш економічно-вигідна технологія на великих тиражах;
  5.  Висока швидкість висікання;
  1.  сфокусоване лазерне випромінювання дозволяє різати і гравірувати практично будь-який матеріал незалежно від його теплофізичних властивостей;
  2.  точність позиціонування лазерної головки складає 0,08 мм, за рахунок чого досягається висока точність взаємного розташування елементів заготовки;
  3.  примінення лазерного різання можливе на матеріалах, що легко деформуються;
  4.  лазерний промінь має діаметр близько 0,2 мм, це дозволяє створити отвір діаметром від 0,5 мм;
  5.  за рахунок великої потужності лазерного випромінювання забезпечується висока продуктивність процесу лазерного різання;
  6.  використовуючи можливості лазерного різання, можна розкроїти по складному контуру практично будь-який листовий матеріал.

Недоліки

  1.  Дороговизна виготовлення штанц-форми;
  2.  Велика трудоємкість виготовлення штанцформи;
  3.  Установка форми займає багато часу;

  1.  обмеження по товщині матеріалу, що розрізується;
  2.  поступається висіканню по ціні за деталь (якщо не враховувати вартість виготовлення штампу).
  3.  Не висока швидкість різання.

Результати дослідження показали, що отриманий біг добре тримає форму та сприяє хорошому перегину у місці бігування, що в свою чергу свідчить про оптимальність використаних режимів при бігуванні зразків.

Розробка рекомендацій щодо вибору технології висікання:

1. При виборі даної технології необхідно звертати увагу на матеріал, та його товщину. Процес висічки протікає в декілька етапів. На першому етапі відбувається деформація поверхневого шару матеріалу, причому ступінь стиснення швидко зростає в міру збільшення тиску. Коли напруга під лезом досягає межі міцності матеріалу, починається його руйнування і розділення аркуша. Руйнування полімерних матеріалів відбувається при відносній величині стиснення 90-95%. При подальшому русі ножа надрізана частина аркуша віджимається в бік, в результаті чого виникають розтягуючі напруги, що прискорюють процес поділу. Після розрізання пластику в основі матеріалу відбувається релаксація напруг.

2. Якість виробів при висіканні безпосередньо залежить від якості виготовлення висікальної форми. При цьому треба мати на увазі, що  матеріал, який висікається також повинен бути витриманий в заданих допусках на товщину шарів. Рекомендується використовувати готові штанцформи лише для тих матеріалів, для яких вони виготовлялися. Папір і плівка по-різному зношують ніж, ніж вийде з ладу набагато швидше.

3. Тиск висічки у пресі треба ретельно регулювати, щоб всі заготовки висікалися рівномірно, а штамп не торкався робочої поверхні. Тиск при висіканні залежить від розміру елементів, що висікаються. Для круглих деталей і вузьких прорізів, коли оброблюваний матеріал затиснутий між двома ножами, тиск вищий, ніж при прорізанні одною прямою лінією на аркуші картону. Зусилля висічки залежить від розташування біговальної лінійки, виштовхуючого гумового елементу та інших компонентів. Зменшення  тиску на висікальний інструмент (штанцформу) забезпечує більш довгу експлуатацію інструменту.

4. При різанні великих об’ємів тиражів рекомендується використовувати листову висічку, яка пришвидшить процес, та знизить економічні витрати.

5. При малих розмірах виробів або зразків спеціальних форм теж рекомендується використовувати висічку, як оптимальний варіант.

6. Для висічки виробів з пластику рекомендовано використовувати сталеві висікальні елементи. Менш гострий висікальний інструмент вимагає більшого тиску для висічки.

7. Пластик може бути порізаний стандартними інструментами і під відповідними кутами різання. Для щільної плівки (від 800 мкм і вище) висота стопи повинна бути знижена для забезпечення точного різання. Порізка розігрітими інструментами поліпшить обрізані краї.

Результати дослідження показали, що отриманні параметри глибини та ширини пазів при обробці пластику лазером мають різні значення та задовольняють вимоги, що ставляться при виготовленні пакувань, а саме місце згину краще перегинається ніж при бігуванні, а отриманий згин добре тримає форму.

 Розробка рекомендацій щодо вибору технології лазерної обробки:

1. Обробка лазером дозволяє захватити великий спектр оброблювальних матеріалів різних товщин та характеристик.

2. Процес лазерної обробки повністю автоматизований та комп’ютеризований, що виключає необхідність у процесі виготовлення штанцформ. Програмне забезпечення дозволяє швидко переходити з одного замовлення на інше. Швидке переналагодження, виконується за допомогою  поширених графічних редакторів. Комп'ютер використовує контури різання, створені за допомогою Corel Draw, Adobe Illustrator, FreeHand та ін.

3. Доречно використовувати технологію лазерної обробки при малих тиражах, оскільки затрати значно менші ніж при використанні висікання. Але не рекомендується використання при великих тиражах, тому що час на виконання тиражу значно більший ніж при висіканні і відповідно при збільшенні довжини різу збільшується і вартість технології.

За результатами дослідження було розроблено математичну модель залежності величини сили розтягу та розриву від глибини та ширини пазу (рис. 4.1 та 4.2).  

RH, Н/мм2

X, мкм

Рис.4.1. Залежність величини сили розриву від глибини та ширини пазу

RH, Н/мм2

X, мкм

Рис.4.2. Залежність величини сили на розтяг від глибини та ширини пазу

Дана модель дозволяє підбирати оптимальні параметри пазів (глибина та ширина пазу) за допомогою отриманих результатів, таким чином встановити необхідні налаштування на установці для лазерного гравіювання.

Висновки до розділу 4

Кожен з підходів має як свої переваги і недоліки. Як показали дослідження, при найменшій вартості години різу і найбільшої швидкості, розкрій методом висічки є найбільш дешевим методом обробки пластикових пакувань. Лазерне різання є більш дорогим видом обробки, ніж висічка, але при цьому можна помітити, що вартість метра різу більш потужним лазером неістотно вище метра різу лазером меншої потужності.

Аналізуючи різні технології обробки листів пластику, було встановлено, що за принципом дії, технології можна розділити на дві групи, які використовують два принципово різних підходи: обробка інструментом (висічка) та обробка променем (лазер). Це в свою чергу викликає залежність технології висічки від штанцформи, коли при лазерному гравіювання можна легко змінювати замовлення.

5. Детальна розробка технологічного процесу

Для розрахунку необхідної кількості устаткування і робітників на наявне промислове завдання необхідні наступні вихідні параметри:

  1.  завантаження устаткування за технологічними операціями;
  2.  норми виробітку на устаткування та на ручні операції;
  3.  коефіцієнти корисного часу роботи машин і робітників;
  4.  нормативна чисельність робітників, що обслуговують машини.

Виробничі розрахунки визначають:

  1.  загальний обсяг робіт у натуральному та нормо-годинному виразі для конкретного проектованого видання на кожному робочому місці;
  2.  трудомісткість всіх виробничих операцій кожного технологічного процесу;
  3.  необхідну кількість одиниць устаткування (робочих місць);
  4.  чисельність робітників та працюючих (явочне та за списком) на робочих місцях та в цілому на дільниці, що проектується;
  5.  виробничу площу дільниці (цеху, підприємства, офісу, видавництва).

Завантаження устаткування за технологічними операціями визначається на основі розгорнутого промислового завдання (табл. 5.1).

Слід зауважити, що кількісні та технічні показники промислового завдання на поліграфічну продукцію завжди носять усереднений характер і при будь-якій точності розрахунків обсягу виробництва будуть мати умовні значення. Є необхідність спрощення і прискорення технологічних розрахунків для підвищення оперативності роботи інженера-технолога.

З огляду на запроектоване пакування «Дитяча іграшка», що вирізняється складною формою та малим накладом було вирішено, що доцільніше використати технологію лазерного розкрою.

Таблиця 5.1

Розгорнуте промислове завдання

№ позиції

Вид літератури та назва видання

Формат аркушу, см

Частка аркушу

Кількість назв (Н), одиниць

Обсяг (Ов), фіз. арк.

Тираж (Т), тис. прим.

Фарбо-вість (Ф), Л+З

Ілюстра-тивність, %

Одиниць продукції, тисяч

Додат-кова обробка

1

Папка А4

60х90

4

30

0,250

20

4+0

30

600

Вибіркове УФ-лакування, термоформування

2

Папка А5

50х70

4

25

0,250

20

4+0

45

500

Вибіркове УФ-лакування, припресовування фольги

3

Паковання №1 (10,5х14,5)

60х90

8

75

0,125

10

4+0

95

750

Вибіркове УФ-лакування, фігурне висікання

4

Паковання  №2 (23х25)

70х100

12

55

0,083

10

4+0

98

550

Вибіркове УФ-лакування, фігурне висікання

5

Паковання №3 (32х43,5)

70х100

4

15

0,250

8

4+0

85

120

Вибіркове УФ-лакування, термоформування, припресовування фольги

6

Обкладинка для блокноту

70х100

32

50

0,031

20

4+0

98

1000

Вибіркове УФ-лакування

7

Шелфтокер

50х70

10

50

0,100

10

4+0

100

500

Фігурне висікан-ня, згинання

8

Пакування "Дитяча іграшка"

60х90

4

2

0,250

0,5

4+0

100

100

Лазерне гравіювання 

102

По брошурувально-палітурному виробництву встановлюється (табл. 5.2):

  1.  кількість одиниць продукції;
  2.  трудомісткість брошурувальних та оздоблювальних процесів на основних операціях.

Таблиця 5.2

Виробниче завдання на брошурувально-палітурні процеси

№ позиції

Найменування виробничої операції та марка устаткування

Одиниць продукції в натуральному виразі

Група складності

Одиниця обліку продукції

Норма виробітку за годину, одиниць продукції

Кількість нормо-годин на операцію

Розрізування. Різальна машина Perfecta 92 UC

1

Папка А4

153,60

2

1000 аркушів

4,2

53,33

2

Папка А5

128,00

2

4,2

36,57

3

Паковання №1 (10,5х14,5)

96,00

2

4,2

4,06

4

Паковання  №2 (23х25)

46,93

2

5,7

2,93

5

Паковання №3 (32х43,5)

30,72

2

4,2

3,66

6

Обкладинка для блокноту

32,00

2

4,2

13,91

7

Шелфтокер

51,20

2

4,2

12,19

8

Пакування "Дитяча іграшка"

17,07

2

5,7

4,06

 

 

 

 

 

 

 

 

Всього

555,52

 

 

 

128,26

 

Ламінування. Ламінатор Vega YDFM-920

1

Папка А4

618,00

2

1000 одиниць

0,78

1175,64

2

Папка А5

515,00

2

0,78

806,15

3

Паковання №1 (10,5х14,5)

386,25

2

0,78

31,99

4

Паковання  №2 (23х25)

94,42

2

0,78

46,19

5

Паковання №3 (32х43,5)

123,60

2

0,78

161,23

6

Обкладинка для блокноту

128,75

2

0,78

167,95

7

Шелфтокер

206,00

2

0,78

268,72

8

Пакування "Дитяча іграшка"

34,33

2

0,78

44,79

 

 

 

 

 

 

 

 

Всього

2106,35

 

 

 

2700,45

 

 

 

 

 

 

 

Висікання, бігування. Автоматична висікальна машина Yawa AD-800E

1

Папка А4

607,20

2

1000 одиниць

1,44

421,67

2

Папка А5

506,00

2

1,44

351,39

3

Паковання №1 (10,5х14,5)

379,50

2

1,44

263,54

4

Паковання  №2 (23х25)

185,53

2

1,44

128,84

5

Паковання №3 (32х43,5)

121,44

2

1,44

84,33

6

Обкладинка для блокноту

126,50

2

1,44

87,85

7

Шелфтокер

202,40

2

1,44

140,56

 

 

 

 

 

 

 

Всього

2128,57

 

 

 

1478,18

Закінчення табл. 5.2

№ пп

Найменування виробничої операції та марка устаткування

Одиниць продукції в натуральному виразі

Група складності

Одиниця обліку продукції

Норма виробітку за годину, одиниць продукції

Кількість нормо-годин на операцію

Формування та фальцювання. Фальцювально-cклеювальна машина Yawa ZH 800 B

1

Папка А4

601,80

2

1000 одиниць

2,8

214,93

2

Папка А5

501,50

2

2,8

179,11

3

Паковання №1 (10,5х14,5)

752,25

2

2,8

268,66

4

Паковання  №2 (23х25)

551,65

2

2,8

197,02

5

Паковання №3 (32х43,5)

120,36

2

2,8

42,99

6

Обкладинка для блокноту

1003,00

2

2,8

358,21

 

 

 

 

 

 

 

 

Всього

3530,56

 

 

 

1260,91

 

Припресовування фольги, термоформування. Прес для тиснення фольгою Vega TYMK 750

1

Папка А4

612,00

2

1000 одиниць

2,27

393,17

2

Папка А5

510,00

2

2,27

269,60

3

Паковання №3 (32х43,5)

61,20

2

2,27

10,70

4

Обкладинка для блокноту

127,50

2

2,27

15,45

 

 

 

 

 

 

 

 

Всього

1310,70

 

 

 

577,40

 

УФ-лакування. Лакувальна машина Adast Dominant-715

1

Папка А4

151,13

2

1000 одиниць

3,23

46,79

2

Папка А5

125,94

2

3,23

38,99

3

Паковання №1 (10,5х14,5)

94,45

2

3,23

29,24

4

Паковання  №2 (23х25)

46,18

2

3,23

14,30

5

Паковання №3 (32х43,5)

30,23

2

3,23

9,36

6

Обкладинка для блокноту

31,48

3,23

9,75

 

 

 

 

 

 

 

 

Всього

479,40

 

 

 

148,42

 

Лазерний розкрій, бігування. Лазерний гравер ЛТКГ8060

1

Пакування "Дитяча іграшка"

1,00

2

1000 одиниць

0,59

1,70

На основі розрахунків у натуральному виразі робляться розрахунки в нормо-годинах; виходячи з єдиних норм виробітку та часу [48]. Всі розрахунки необхідної кількості устаткування, робочих місць на основних виробничих операціях, явочного та списочного штату працівників зводяться в табл. 5.3 і 5.4.

Таблиця 5.3

Необхідна кількість устаткування та робочих місць

№ п/п

Повна назва устаткування чи робочого місця

Марка устаткування

Фірма-виробник устаткування (країна)

Виробнича програма, нормо-годин

Необхідна кількість машин (верстатів, робочих місць), одиниць

Розрахункова

Прийнята проектом

1

Розрізування

Perfecta 92 UC

Німеччина

128,26

0,07

1

2

Ламінування

Vega YDFM-920

Японія

2700,45

0,75

1

3

Висікання, бігування

Yawa AD-800E

Китай

1501,60

0,83

1

4

Припресовування фольги, термоформування

Vega TYMK 750

Японія

577,40

0,32

1

5

Формування та фальцювання

Yawa ZH 800 B

Китай

1260,91

0,70

1

6

Лакування

Adast       Dominant-715

Чехія

148,42

0,08

1

7

Лазерний розкрій, бігування

ЛТКГ8060

Україна

1,70

0,01

1

Таблиця 5.4

Чисельність працівників

№ п/п

Назва виробничої операції

Розр-ва кіл-ть машин (р.м.), одиниць

Чисельність та розряд робітників

Явочна кількість робітників за фахом та розрядом

Списочна кіл-ть робіт-ників, осіб

ІТР та служ-бовців, осіб

штат обслуго-вування, осіб

розряд робітників

кількість змін

1

Розрізування

0,07

1

4

1

0,07

1

1

2

Ламінування

0,75

2

3, 4

2

3,00

1

3

Висікання, бігування

0,83

1

3, 4

1

0,83

1

4

Припресовування фольги, термоформування

0,32

1

3, 4

1

0,32

1

5

Формування та фальцювання

0,70

2

2, 5

1

1,40

1

6

Лакування

0,08

2

2, 3

1

0,16

1

7

Лазерний розкрій, гравіювання

0,01

1

6

1

0,01

1

На рис. 5.1 та в табл. 5.5 наведено розроблене інженерне забезпечення технологічних і виробничих процесів дільниці післядрукарської обробки.

106

Рис. 5.1. Дільниця післядрукарської обробки підприємства з виготовлення пластикової продукції. Умовні позначення: Е – підведення електроенергії; ЕО – електричне освітлення.

Таблиця 5.5

Завдання на інженерно-технічне забезпечення виробничих процесів

№ позиції

Повна назва устаткування чи робочого місця

Марка устаткування

Фірма-виробник устаткування (країна)

№ позиції на плані

1

2

3

4

5

1

Розрізування

Perfecta 92 UC

Німеччина

1

2

Ламінування

Vega YDFM-920

Японія

3

3

Висікання, бігування

Yawa AD-800E

Китай

2

4

Припресовування фольги, термоформування

Vega TYMK 750

Японія

6

5

Формування та фальцювання

Yawa ZH 800 B

Китай

5

6

Лакування

Adast Dominant-715

Чехія

4

7

Лазерний розкрій, бігування

ЛКТГ 8060

Україна

7

Закінчення табл. 5.5

                                                                                           

Потреба в технічному забезпеченні

Електроенергія

Вода

Кана-лізація

Вентиляція

Зв'язок

Компютери-зація

Силова

Теплова

Освітлення

Холодна

Гаряча

6

7

8

9

10

11

12

13

14

380 В 

2090 Вт

4070 лк

10800 м3/год

Телефон, Інтернет

45%

Сервер 10/100

Для обладнання в розробленому цеху не потрібне підведення води і відповідно каналізація.

На рис. 5.2 наведена розроблена схема комп’ютерної мережі підприємства, що проектується, більш детально зокрема представлена ділянка післядрукарської обробки.

На рис. 5.3 представлено розроблену загальну блок-схему технологічного процесу виготовлення продукції із пластику.

Рис. 5.2. Схема комп’ютеризації підприємства, де ПК – персональний комп’ютер;       СА – сітьовий адаптер; ПУ – пульт управління; РМ – різальна машина; ЛмМ – ламінатор;    ЛГ – лазерний гравер;  ЛкМ – лакувальна машина; ВМ – автоматична висікальна машина; ПрТ – прес для тиснення фольгою; ФСМ – фальцювально-склеювальна машина

Рис. 5.3. Загальна блок-схема виготовлення пакувальної продукції із пластику

Пояснення до рисунку 5.3

Т1

створення дизайну видання;

Т2

виготовлення оригінал-макету видання;

Т3

виготовлення та обробка друкарської форми;

Т4

виготовлення висікального штампу;

Т5

контроль якості готових форм;

Т6

розрізування листів пластику;

Т7

обробка пластику коронним розрядом;

Т8

друк накладу;

Т9

контроль якості віддрукованих акушів;

Т10

ламінування;

Т11

вибіркове УФ-лакування;

Т12

розрізування на частини;

Т13

висікання/бігування;

Т14

лазерне гравіювання;

Т15

контроль якості;

Т16

тиснення фольгою;

Т17

термоформування (конгрев не/блінтові тиснення);

Т18

контроль якості;

Т19

формування (фальцювання) пакувань;

Т20

склеювання пакувань з однієї сторони;

Т21

контроль якості;

Т22

пакування заготовок у стрейч-плівку;

У1

ПК Apple Power Macintosh 8500/132, монітор Philips 21;

У3

AGFA Autolith LDT 85;

У4

автомат EasyBender Turbo та автоматичний станок для виготовлення висікальних та бігувальних лінійок Multi Bend System AD240-BB;

У5

твердомір або візуально;

У6

одноножева різальна машина Perfecta 92 UC;

У7

установка для обробки коронним розрядом Softal 6000 Series;

У8

друкарська машина ROLAND 900;

У10

ламінатор Vega YDFM-920;

У11

лакувальна машина Adast Dominant-715;

У13

автоматична висікальна машина Yawa AD-800E;

У14

лазерний гравер ЛТКГ 8060;

У16

прес для тиснення фольгою Vega TYMK 750;

У19

фальцювально-cклеювальна машина Yawa ZH 800 B;

Х1

вхідна текстово-ілюстраційна інформація;

Х3

формна термальна пластина фірма: Agfa, марка Thermostar P970;

Х4

ріжучі та бігувальні лінійки Böhler;

Х6

пластик Eplak;

Х8

фарби Rapida для аркушевої офсетної машини; зволожувальний розчин Colorprint SpA;

Х10

плівка для ламінації Renolit;

Х11

УФ-лак фірми Uvalux, U0726;

Х13

штанц форма з висікальними та бігувальними лінійками;

Х16

фольга для гарячого тиснення  компанія ITW Foils bv;

Х20

клей Adhesin JI650FR;

Х22

стрейч-плівка

Y3

друкарська форма;

Y4

штанц форма;

Y8

віддруковані аркуші;

Y10

заламіновані аркуші;

Y11

аркуші покриті вибірковим лакуванням;

Y13

готові заготовки паковань;

Y16

заготовки з тисненням;

Y20

готова продукція.

Також необхідно визначити рівні комп’ютеризації та автоматизації післядрукарських процесів (табл. 5.6).

Таблиця 5.6

Компютеризація та автоматизація брошурувально-палітурних процесів

Найменування операції

Компютеризація (+/-)

Автоматизація (+/-)

1

Ламінування

+

+

2

Контроль якості ламінування

3

Лакування

+

+

4

Контроль якості лакування

5

Розрізка на частини

+

+

6

Контроль якості різання

7

Висікання, бігування

+

+

8

Контроль якості висікання

9

Тиснення, термоформування

+

+

10

Контроль якості тиснення

11

Формування та склеювання продукції

+

+

12

Контроль якості формування та склеювання

13

Лазерний розкрій, бігування

+

+

14

Контроль якості лазерного розкрою

+

+

15

Упаковка продукції

Розрахуємо коефіцієнт компютеризації:

Розрахуємо коефіцієнт автоматизації:

Розрахуємо коефіцієнт технологічності:

На рис. 5.5 та 5.6 наведено розроблені алгоритм підготовки до роботи та висікання пакування з пластику й процесу виготовлення пакувань на лазерному гравері ЛТКГ 8060 відповідно.

Рис. 5.5. Алгоритм підготовки до роботи та висікання пакування з пластику. Початок

Рис. 5.5. Алгоритм підготовки до роботи та висікання пакування з пластику. Закінчення

Рис. 5.6. Алгоритм процесу виготовлення паковань на лазерному гравері ЛТКГ 8060

Висновки до розділу 5

1. Розроблено виробниче завдання на виготовлення продукції з пластику. Обраховано завантаження машин, необхідну кількість устаткування і робітників.

2. Було запроектовано спеціальне пакування складної форми та малого накладу. На основі цих даних вирішено недоцільним використання технології висікання зі штампу, тому для даного виду продукції було використано технологію лазерного розкрою (бігування), яка є більш вигідною, як з економічної так і з технологічної точки зору.  

3. Розроблено схему комп’ютеризації підприємства, загальну блок-схему виготовлення пакувальної продукції із пластику.

4. Розраховано коефіцієнти технологічності, автоматизації та комп’ютеризації.

5. Розроблено алгоритм підготовки до роботи та висікання пакування з пластику; алгоритм процесу виготовлення паковань на лазерному гравері ЛТКГ 8060.

6. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА ДОВКІЛЛЯ

Основною метою цього розділу є аналіз умов праці, техніки і технології з умов безпечної роботи обслуговуючого персоналу та розробка комплексних заходів з охорони праці, які сприяли б створенню сприятливих умов для робіт працівників та обладнання  в друкарському цеху. Ці заходи повинні сприяти збереженню здоров'я робітників, підвищенню їх працездатності та в результаті зростанню продуктивності праці [54].

У дипломному проекті проектується цех після друкарської обробки, в якому виготовляється продукція із пластику (папки, пакування, пенали, рекламна продукція та ін.).

6.1. Загальні засади організації охорони праці

на підприємствах та організаціях

Охорона праці – це система законодавчих актів, соціально-економічних, організаційних, технічних, гігієнічних і лікувально-профілактичних засобів, що забезпечують безпеку, збереження здоров'я і працездатності людини в процесі праці [55].

Цілком безпечних і нешкідливих виробництв не існує. Задача охорони праці – звести до мінімуму імовірність ураження або захворювання робітників з одночасним забезпеченням комфорту при максимальній продуктивності праці. Реальні виробничі умови характеризуються, як правило, наявністю небезпечних шкідливих факторів.

Прикладом небезпечних факторів можуть служити відкриті струмоведучі частини устаткування, що рухають деталі машин і механізмів, розпечені тіла, і т.п. Прикладами шкідливих факторів є шкідливі домішки в повітрі, несприятливі метеорологічні умови, недостатнє освітлення, вібрації, шум, ультра- і інфразвук, іонізуюче і лазерне випромінювання, електромагнітні поля, підвищення напруженості і тяжкості праці, наявність шкідливих мікроорганізмів або комах і т.д.

З кожним роком разом із збільшенням обсягів виробництва та підвищенням якості продукції поліпшуються умови праці, удосконалюється структура виробництва, проводяться заходи щодо створення безпечних умов праці, зростає заробітна плата.

Охорона праці на поліграфічному підприємстві повинна бути організована відповідно до стандартів про охорону праці ДНАОП 1.9.40-1.01-96 та «Правила пожежної безпеки на підприємствах та організаціях поліграфічної промисловості» (ВДОП 1.10-4.01-96) [60].

Ці Правила встановлюють вимоги з охорони праці до організації території, будівель та приміщень, технологічного обладнання виробничих процесів та облаштування робочих місць. Керівники підприємства та інші посадові особи несуть особисту відповідальність за виконання вимог цих Правил щодо створення безпечних і нешкідливих умов праці у межах покладених на них завдань та функціональних обов’язків відповідно до діючого законодавства.

Задачі відділу охорони праці на підприємстві [65]:

  1.  підготовка та прийняття управлінських рішень;
  2.  контроль за реалізацією цих рішень;
  3.  розробка нормативних документів та інструкцій з ОП на підприємстві;
  4.  забезпечення зв’язку підприємства з органами нагляду та контролю.

Кожен новий працівник повинен пройти ввідний інструктаж, а всі працівники в обов’язковому порядку два рази на рік проходять повторний інструктаж з охорони праці та пожежної безпеки.

У сучасному виробництві впровадження окремих заходів з охороні праці недостатньо ефективне. Тому їх необхідно впроваджувати взаємопов’язано, комплексно, утворюючи в системі управління всім виробництвом підсистему управління охороною праці (СУОП).

Органом управління в СУОП на підприємстві в цілому є керівник  (головний інженер), а у цехах, на виробничих ділянках та в службах – керівники відповідних структурних підрозділів та служб. Організаційно-методичну роботу з управління охороною праці, підготовки управлінських рішень та контролю за їх своєчасною реалізацією здійснює служба охорони праці підприємства, яка підпорядковується безпосередньо головному інженеру.

Інженер з охорони праці має право [65]:

  1.  не допускати до роботи робітників, що не пройшли інструктажі;
  2.  зупиняти роботу окремого обладнання, що не виключає можливість травматизму, або аварій на підприємстві;
  3.  притягувати до дисциплінарної відповідальності за порушення правил, норм та вимог охорони праці;
  4.  вимагати від керівництва документацію з питань охорони праці.

До функцій управління на підприємствах відносяться: організація та координація робіт в галузі охорони праці; планування робіт з охорони праці; контроль за станом охорони праці та функціонуванням СУОП; облік, аналіз та оцінка показників стану охорони праці та функціонування СУОП; стимулювання за роботу з охорони праці.

За відповідність виробничих та допоміжних будівель, приміщень та обладнання цим правилам відповідає відділ, що виконує відповідні роботи. В його обов’язки входить забезпечення людей безпечними умовами праці, проведення лекцій, семінарів, інструктажів, слідкування за виконанням норм правил та вимог ОП, перевірка всіх шкідливих речовин, з якими працює підприємство, передбачення та усунення ситуацій, які приводять до нещасних випадків.

Керівник підприємства та інші посадові особи несуть особисту відповідальність за виконання вимог цих правил щодо створення безпечних і нешкідливих умов праці у межах покладених на них завдань та функціональних обов’язків відповідно до діючого законодавства.

Особи, винні в порушенні правил охорони праці, несуть дисциплінарну, адміністративну, матеріальну або кримінальну відповідальність згідно з діючим законодавством. Навчання та перевірка знань працівників поліграфічних підприємств з питань охорони праці проводиться згідно з ДНАОП 0.00-4.12-94 ("Типове положення про навчання, інструктаж і перевірку знань з питань охорони праці") [64].

Відділ охорони праці також контролює небезпечні та шкідливі фактори на виробництві, ступінь пожежної небезпеки, ураження електричним струмом, приймає міри по усуненню або зменшенню їх шкідливої дії.

6.2. Аналіз виробничого приміщення

цеху післядрукарської обробки

Основні вимоги до будівель виробничого призначення викладені в СНиП 2.09.02-85[66].

При проектуванні виробничих будівель необхідно виходити з того, що об’ємно-планувальні рішення як самих будівель, так і приміщень повинні забезпечувати можливість реконструкції та технічного переоснащення виробництва, зміни технологічних процесів та переходу на нові види продукції.

Планування та розміщення цеху (дільниці) після друкарської обробки виконується з урахуванням розташування вентиляційних камер, установок для кондиціювання повітря та енергетичних служб. Виробничі приміщення дільниці повинні бути добре пристосовані до сучасного технічного оснащення виробництва та забезпечувати мінімальні транспортні витрати та витрати часу на міжцехове транспортування.

Важливим параметром для безпечних умов праці є раціональне розміщення робочих місць, основного та допоміжного обладнання, виробничих меблів та правильна організація робочих місць. Робочі місця на поліграфічному підприємстві мають відповідати вимогам ГОСТ 12.2.032-78 [67], ГОСТ 12.2.033-78 [68], ГОСТ 12.2.061-81 [69].

Загальна площа запроектованої дільниці становить 504 м2.

Обладнання та робочі місця розміщено у відповідності з послідовністю виконання операцій технологічного процесу та контролю. Ширина основних проходів у середині цеху становить не менше 1,5 м, допоміжних – не менше 1,0 м, а ширина проїздів – 2,5 м. Проходи та проїзди по можливості спроектовано прямими, без крутих поворотів.

Об’єм виробничих приміщень та площа на одного працюючого складають відповідно не менше 15 м3 та 4,5 м2. Вільний простір в робочій зоні біля машин складає не менше 1,0 м, а в неробочій зоні – не менше 0,6 м. Відстань між сусідніми машинами по довжині – не менша 3,0 м.

Ворота на шляху внутрішньоцехового транспорту завширшки на 0,6 м більші, ніж ширина транспортних засобів, а висота — на 0,4–0,5 м відповідно. Двері та ворота до двору обладнані тамбурами або повітряними (тепловими) завісами. Тамбур завширшки на 0,3 м більший за ширину дверей, а ширина воріт – на 0,6 м з кожного боку.

При проектуванні інтер’єру приміщень використано спокійні кольори з незначним контрастом.

Матеріал для підлоги обирається залежно від експлуатаційних та гігієнічних вимог виробництва. Всі дверні проїзди спроектовано без порогів та крутих з’їздів.

Цехові комунікації (повітроводи, трубопроводи) розташовані за фальш-стіною або за підвісною стелею робочих приміщень, кабелі розміщені в підлозі (в газових трубах).

Всі будівлі і споруди в процесі експлуатації перебувають під постійним технічним наглядом, підлягають періодичним загальним оглядам, цільовим перевіркам стану окремих конструктивних елементів та ремонту відповідно до «Положения о проведении планово-предупредительных ремонтов производственных зданий и сооружений».

6.3. Опалення, вентиляція та кондиціювання повітря

виробничих приміщень

Комплекси технічних засобів, котрі забезпечують постійність заданих параметрів повітря, називають системами опалення, вентиляції і кондиціювання повітря.

Системи опалення призначені для підтримування в приміщеннях нормального теплового режиму. Системи вентиляцій видаляють забруднене і подають в приміщення чисте повітря.

Організація повітряно-температурного клімату є важливим завданням і для його виконання застосовують ряд систем та пристроїв, серед них:

  1.  вентиляційні системи (загально обмінні, місцеві та технологічні);
  2.  системи охолодження та обігріву;
  3.  пристрої для зволоження, ароматизації та дезінфекції;
  4.  системи кондиціонування.

У вентиляційних системах важливо витримати співвідношення між кількістю повітря, що усмоктується з приміщення та припливом. Для більшості цехів витік повітря повинен дорівнювити його припливу. Раціонально розташовувати припливну вентиляцію в зоні праці людини, але так, щоб вона не заважала роботі. За допомогою місцевої вентиляції покращуються параметри повітряного середовища у визначеній зоні: видаляються шкідливі пари, гази, пил, аерозолі та ін.

Значення температури, відносної вологості, швидкості повітря у виробничій зоні, складських та побутових приміщеннях мають відповідати нормам, встановленим в ГОСТ 12.1-005-88 [70].

Рівень запиленості та загазованості в припливному повітрі, на виробничому майданчику, в повітрі робочої зони виробничого приміщення має не перевищувати норм за ГОСТ 12.1-005-88 і ДНАОП 0.03-3.01-71 [72].

Підприємство має забезпечувати належний технічний стан, контроль за експлуатацією, своєчасний якісний ремонт систем опалення, вентиляції і кондиціонування повітря шляхом організації обслуговування.

Розташування джерел теплоти в плані приміщення має бути таким, щоб повітря робочої зони прогрівалося рівномірно. Для нагрівання повітря в приміщеннях рекомендовано системи парового опалення низького тиску, водяного та повітряного. Опалювальні прилади розміщують в місцях, доступних для огляду, ремонту, очищення на відстані 0,1 м від поверхні стін.

Для контролю концентрації пилу у післядрукарському цеху використовується обчислювальний метод. Пробу повітря в зоні дихання робітника (на висоті 1,5-2 м від підлоги). Для контролю використовується  автоматичний  аналізатор  мікрочастинок  СМФ-5, забезпечує вимірювання від 1 до 25000 часточок діаметром від 0,3 до 1 мкм у літрі повітря.

Повітрообмін в приміщеннях поліграфічних підприємств визначають розрахунковим методом. У приміщеннях категорій А і Б, а також у виробничих приміщеннях, де виділяються шкідливі речовини або речовини із неприємним запахом, об’єм повинен бути більший за об’єм припливного повітря на 10%. У виробничих приміщеннях припливне повітря подається в робочу зону або верхню зону приміщення. Витрати припливного повітря визначаються розрахунком.

Розрахунок припливного повітря доцільно проводити за формулою:

                                               (6.1)

де L – кількість необхідного повітря;

– кількість шкідливих речовин, які поступають у приміщення (г/м3);

С1 – концентрація шкідливих речовин, які поступають у приміщення;

С2 – фактична концентрація шкідливих речовин у приміщенні.

 3/год).

Оскільки обєм цеху складає 14,5х24х3,5=1218 м3, а максимальна кількість працюючих складає 9 осіб, то можна не проводити розрахунок за формулою нормування, а прийняти за необхідне результат попередніх обчислень за ГДК шкідливих речовин.

6.4. Організація виробничого освітлення

Проектування, монтаж та експлуатацію освітлювальних установок слід здійснювати згідно з ПУЕ, СНиП ІІ-4-79 [73], ДНАОП 0.00-1.21-84 [74],                          ДНАОП 0.00-1.21-98 [75].

Раціональне освітлення виробничих приміщень та робочих місць на підприємствах покращує гігієнічні умови праці, підвищує культуру виробництва, виявляє позитивне психологічне діяння на працюючих. Правильно організоване освітлення сприяє не тільки підвищенню продуктивності праці і покращенню якості друкованої продукції, але одночасно створює гарні умови, котрі знижують стомленість, рівень виробничого травматизму і професійних захворювань.

В залежності від джерела світла виробниче освітлення може бути: природним, штучним та змішаним.

Для загального освітлення в системі комбінованого слід передбачати газорозрядні лампи незалежно від типу джерела світла місцевого освітлення.

Для приміщень, де виконуються роботи І і ІІ розрядів, належить передбачати суміщене освітлення (природне разом з штучним),                                    І-ІV розрядів — комбіноване освітлення (загальне плюс місцеве). Застосування одного лише місцевого освітлення не допускається.

На поліграфічних підприємствах більш розповсюджена комбінована система освітлення, так як вона економічніше загальної системи.

Для нормальних умов праці необхідно забезпечити на робочих поверхнях рівень освітленості не нижче встановлених норм та забезпечити достатню рівномірність освітлення робочих поверхонь приміщення в цілому.

Виробничі приміщення цехів та робочих місць мають бути правильно освітлені штучним та природнім світлом, що створюється електричними лампами різного типу. Освітлення має бути таким, щоб зорова стомлюваність була мінімальна. Природна освітленість післядрукарських цехів має бути в межах 4000-1000 лк.

Чистити скло вікон від пилу та бруду потрібно 1-2 рази на рік. Слід періодично чистити світильники загального освітлення. Усі елементи освітлювальних установок підлягають планово-попереджувальним оглядам і ремонтам за графіком, розробленим на підприємстві.

При штучному освітленні нормативною величиною є абсолютне значення освітленості, яке для невиробничих приміщень залежить від призначення приміщення та для деяких приміщень від плоскості робочої поверхні. Для виробничих приміщень залежить від характеристики зорової праці та системи освітлення.

Тип джерела світла на підприємствах вибирають, враховуючи техніко- економічні показники, специфіку виробничих процесів, а також санітарно- гігієнічні, естетичні та протипожежні вимоги.

Будівельними нормами та правилами проектування штучного освітлення рекомендується використовувати, як правило, газорозрядні лампи.

Для розрахунку систем освітлення потрібно визначити світловий потік лампи за наступною формулою [73]:

,                                                 (6.2)

де N – кількість світильників в приміщенні; n – кількість ламп в світильнику; Е – нормована освітленість робочої поверхні, лк; Фл – світловий потік лампи, лм; η – коефіцієнт використання світлового потоку; S – площа приміщення, що освітлюється, кв. м; Кз – коефіцієнт запасу, що враховує запиленість приміщень і зменшення світлового потоку джерела світла в процесі експлуатації; z – коефіцієнт нерівномірності освітлення.

Для даного проекту Кз = 1,5; z = 1,1 [73].

Коефіцієнт використання світлового потоку визначають в залежності від коефіцієнтів відбиття стелі, стін, робочої поверхні та індексу [73] приміщення:

,                                                  (6.3)

де а – довжина приміщення, b – ширина, hвисота в метрах.

Для даного проекту коефіцієнт відбиття стелі – 0,7; стін – 0,5; робочої поверхні – 0,3 [73].

Контроль якості продукції в післядрукарському цеху відноситься до ІІІ розряду зорових робіт. За нормативами освітлення комбіноване освітлення складає: при контролі якості продукції у післядрукарському цеху – 750 лк, у кабінетах та робочих кімнатах – 300 лк. Загальне освітлення у післядрукарському цеху має бути 300 лк, на сходах – 100 лк, а в коридорах – 75 лк.

В табл. 6.1-6.2 розраховано за методикою [73] загальне та місцеве освітлення.

Таблиця 6.1

Загальне освітлення

№ п/п

Назва приміщення

Площа приміщення, кв. м

Коефіцієнт використання світлового потоку, η

Кількість світильників

Кількість ламп у світильнику

Світловий потік лампи

Тип лампи

Потужність лампи, Вт

Розрахунковий

Прийнятий проектом

1

Післядрукарсь-кий цех 1

88,1

0,43

6

4

4227

4070

ЛД 80

80

2

Післядрукарсь-кий цех 2

231,6

0,51

12

4

4768

4440

ЛХБ 80

80

3

Кладова

8

0,15

6

2

2200

2100

ЛДЦ 40

40

4

Склади

13,5

0,20

4

2

4177

4070

ЛД 80

80

5

Кімната майстра

10

0,18

4

4

2063

2100

ЛДЦ 40

40

6

Гардеробна

16

0,50

4

2

2145

2100

ЛДЦ 40

40

7

Туалет та приміщення для куріння

14

0,21

2

2

825

820

ЛДЦ 20

20

8

РМЦ

10

0,18

4

3

2291

2340

ЛД 40

40

9

Сходи

18

0,31

2

4

1198

1200

ЛХБ 20

20

10

Коридори

97

0,22

16

4

852

820

ЛДЦ 20

20

Таблиця 6.2

Місцеве освітлення

№ п/п

Робочого місця, операції

Площа освітлення, кв. м

Коефіцієнт використання світлового потоку, η

Кількість світильників

Кількість ламп у світильнику

Світловий потік лампи

Тип лампи

Потужність лампи, Вт

Кількість робочих місць

Розрахунковий

Прийнятий проектом

1

Контроль якості в післядрукар-ському цеху

4

0,41

2

1

3621

3870

ЛД 65

65

2

2

Кабінет, місцеве освітлення

1

0,33

1

1

2000

2100

ЛДЦ 40

40

6

6.5. Вентиляція

Загальна вентиляція розраховуюється виходячи з кратності повітрообміну. Для поліграфічних процесів – кратність коливається в межах 9-14. Візьмемо 10. Кратність повітрообміну для адміністративно-побутових приміщень – 5. Висота поверхів виробничих приміщень – 3,5 м.

Враховуючи те, що в даному проекті використовується цифрова друкарська машина та машина сухого офсету, місцева вентиляція не потрібна.

Об’єм приміщень та вентиляцію розраховано в табл. 6.3.

Таблиця 6.3

Вентиляція приміщень

№ п/п

Назва приміщення

Ширина, м

Довжина, м

Висота, м

Обєм, куб. м

Кратність повітрообміну

Вентиляція, куб. м/год.

1

Післядрукарський цех

15

21

3,5

1103

10

6618

2

Склади

5

6,5

3,5

114

10

683

3

Кімната майстра

2,5

4

3,5

35

5

140

4

Допоміжні приміщення

5

6,5

3,5

114

5

341,25

5

Гардеробна

4

4

3,5

56

5

168

6

Туалет

3,5

4

3,5

49

5

196

6.6. Пожежна безпека

Створення умов пожежної безпеки повинно проводитися відповідно до відомчого документу про охорону праці „Правила пожежної безпеки на підприємствах та організаціях поліграфічної промисловості". Згідно з СНиП ІІ-М.2-72 поліграфічні підприємства відносяться до категорії “B” пожежонебезпеки [73]. У цехах використовуються горючі матеріали — фарба, розчинники, спирт, папір та ін. 

В залежності від меж вогнестійкості будівельних конструкцій ДНАОП 0.01-1.01-95 [74] встановлює вісім ступенів вогнетривкості будівель: І, II, III, IIIа, IIIб, IV, ІVа, V. Враховуючи високу вартість електронного та виробничого обладнання розроблюваного підприємства, а також категорії пожежної безпеки, усі виробничі приміщення повинні бути І або II ступеню вогнетривкості.

Для забезпечення пожежної безпеки електрообладнання ДНАОП 0.00-1.21-84 встановлює комплекс заходів безпеки. Для запобігання перегріву та появи замикань електрообладнання необхідно забезпечити: достатній електричний контакт при з'єднанні проводів; перевірку опору ізоляції перехідних опорів та з'єднань контактів; вибір та встановлення плавких вставок запобіжників та автоматичних вимикачів.

Для гасіння пожеж використовують: воду, піну, інертні гази, колоїдо- вуглеводні, порошкові суміші.

У виробничих приміщеннях проектованого підприємства передбачені такі засоби виявлення та загашення пожежі, як автоматична пожежна сигналізація та ручні вогнегасники. Автоматична пожежна сигналізація РУОП-1 є радіоізотопною установкою і забезпечує виявлення місця горіння при появі диму. Оповіщення відбувається поданням звукового та світлового сигналів тривоги. Спрацьовує спринклерна система пожежегасіння.

Ручні вогнегасники необхідні для оперативного обмеження зони горіння. У зв'язку із специфічністю матеріалів та обладнання, що використовуються в технологічному процесі офсетного друку, треба використовувати порошкові вогнегасники ОП-5 або ОП-8, які призначені саме для загашення електричних мереж з напругою до 1000 В.

6.7. Електробезпека

Небезпека ураження людини електричним струмом залежить від стану людського організму, сили струму, величини напруги та інших умов. Для небезпеки людей ураження електричним струмом всі приміщення діляться на три категорії [54]:

  1.  приміщення без підвищеної небезпеки;
  2.  приміщення з підвищеною небезпекою;
  3.  приміщення особливо небезпечне.

За характером середовища розрізняють наступні виробничі приміщення:

нормальні — сухі приміщення, в котрих відсутні ознаки жарких та запилених приміщень та приміщень з хімічно активним середовищем

сухі: відносна вологість повітря не вище 60%;

вологі: відносна вологість повітря 60—75%;

сирі: відносна вологість повітря протягом тривалого часу перевищує 75%, але не досягає 100%;

особливо сирі: відносна вологість близько 100%, стіни, стеля, предмети вкриті вологою;

 жаркі: температура повітря протягом тривалого часу перевищує +30 °С;

запилені: наявний в приміщенні пил, котрий виділяється, осідає на дротах та проникає всередину машин, апаратів; приміщення можуть бути з струмопровідним або з неструмопровідним пилом;

з хімічно активним середовищем: в приміщенні постійно або протягом тривалого часу міститься пара або відкладаються відкладення, котрі руйнівно діють на ізоляцію та струмопровідні частини обладнання.

Захисне заземлення – навмисне електричне з’єднання з землею або з її еквівалентом металевих, неструмоведучих частин обладнання, які можуть опинитися під напругою. Принцип захисту – електричний струм по закону Кірхгофа поділяється на два шляхи: через людину і через заземлюючий пристрій. Опір шляху заземлення пристрою значно менший за опір тіла людини, тому більша частина струму протікає через заземлення.

Для розрахунку заземлення потрібні наступні дані:

  1.  Напруга мережі – 380 В;
  2.  Виконання мережі – з глухозаземленою нейтраллю;
  3.  Тип заземлювального пристрою – горизонтальний зі стрічкової сталі;
  4.  Розміри заземлювачів і довжина стрічки Rc = 10 м, ширина стрічки bc = 0,04 м;
  5.  Розташування заземлювачів – паралельне;
  6.  Відстань між паралельними заземлювальними стрічками Lc = 5 м;
  7.  Глибина закладання заземлювачів hз = 0,8 м;
  8.  Грунт – суглинок. Характеристика ґрунту: склад – однорідний: вологість – нормальна: агресивність – нормальна;
  9.  Кліматична зона – ІІІ;
  10.   Природні заземлювачі відсутні.

Спочатку визначається Rд – допустиме нормативне значення питомого опору, Ом, розтіканню струму в заземлювальному пристрої (табличне значення [77]). Для прийнятих вихідних даних Rд = 4 Ом.

Потім визначається ρрозр.г. (табличне значення [77]). Для прийнятих вихідних даних ρтабл. = 100 Ом·м.

Далі визначається значення Кс.г. – коефіцієнта сезонності для ґрунту нормальної вологості при кліматичній зоні ІІІ для горизонтального заземлення довжиною 10 м (табличне значення [77]). Кс.г = 2,5.

Після цього обчислюється ρрозр.г. – розрахунковий питомий опір, Ом·м грунту для горизонтальних заземлювачів:

ρрозр.г. = ρтабл.. × Кс.г = 100 × 2,5 = 250.

Далі визначається Rг – теоретичний опір, Ом, розтіканню струму в одному горизонтальному заземлювачі:

Ом.

Потім визначається nг – теоретична кількість горизонтальних заземлювачів без врахування коефіцієнта використання ηв.г. (тобто приймаємо ηв.г = 1):

Після чого визначається nв.г. (табличне значення [77]) – коефіцієнт використання паралельно вкладених горизонтальних заземлювачів при nг = 12 (округлюємо до цілого). Приймемо nв.г = 0,47.

Далі обчислюється nг.н. – необхідна кількість горизонтальних заземлювачів (стрічок):

Приймаємо nг.н. = 25.

В кінці визначається Rрозр.г. – розрахунковий опір, Ом, розтіканню струму в заземлювальному пристрої при nг.н. = 25 та nв.г = 0,47:

 Ом

Таким чином маємо 25 сталевих стрічок на відстані 5 м одна від одної, довжиною 10 м, шириною 0,04 м, з розрахунковим опором 3,89 Ом.

Висновки до розділу 6

1. Таким чином, запроектована дільниця післядрукарської обробки відповідає усім нормам організації виробничих процесів післядрукарської обробки з урахуванням усіх необхідних вимог щодо охорони праці.

2. Дане виробниче приміщення здатне забезпечити комфортні умови праці робітникам, а також дозволяє ефективно використовувати робочу площу та прискорює міжцехову комунікацію.

7. ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ПРОЕКТУ

Метою розрахунку економічної частини є визначення економічної ефективності нововведень. Вона базується на порівнянні результатів і витрат. Витрати визначають на основі собівартості. Собівартість – сума витрат на виготовлення і реалізацію товару (продукції, робіт, послуг) [50].

7.1. Виробнича програма у трудовому вираженні

Базою для визначення собівартості продукції є трудомісткість (нормовані витрати часу на обробку предмету праці), розрахована як добуток програми виробництва в натуральному вираженні (див. табл. 5.1) та норми часу на облікову одиницю (або як частка від ділення виробничої програми в натуральному вираженні на годинну норму виробітку) (див. табл. 7.1).

Оскільки метою даної роботи було проектування післядрукарського цеху, то розрахункам підлягають лише обробні процеси. Кінцева кількість продукції прийнята, як 1000 аркушевідбитків.

Таблиця 7.1

Виробнича програма у трудовому вираженні

№ пп

Найменування виробничої операції та марка устаткування

Одиниць продукції в натуральному виразі

Група склад-ності

Одиниця обліку продукції

Норма виробітку за годину, одиниць продукції

Кількість нормо-годин на операцію

Розряд

Професія робітника

Розрізування. Різальна машина Perfecta 92 UC

1

Папка А4

153,60

2

1000 аркушів

4,2

36,57

4

машиніст різальної машини  

2

Папка А5

128,00

2

4,2

30,48

3

Паковання №1 (10,5х14,5)

96,00

2

4,2

22,86

4

Паковання  №2 (23х25)

46,93

2

5,7

8,23

5

Паковання №3 (32х43,5)

30,72

2

4,2

7,31

6

Обкладинка для блокноту

32,00

2

4,2

7,62

7

Шелфтокер

51,20

2

4,2

12,19

8

Пенал "Дитячий"

17,07

2

5,7

2,99

 

Всього

 555,52

 

 

 

128,26

 

 

Продовження табл. 7.1

№ пп

Найменування виробничої операції та марка устаткування

Одиниць продукції в натураль-ному виразі

Група склад-ності

Одиниця обліку продукції

Норма виробітку за годину, одиниць продукції

Кількість нормо-годин на операцію

Розряд

Професія робітника

Ламінування. Ламінатор Vega YDFM-920

1

Папка А4

618,00

2

1000 одиниць

0,78

792,31

4                                                                                                                                3

машиніст на припре-сування плівки брошуру-вальник

2

Папка А5

515,00

2

0,78

660,26

3

Паковання №1 (10,5х14,5)

386,25

2

0,78

495,19

4

Паковання  №2 (23х25)

94,42

2

0,78

121,05

5

Паковання №3 (32х43,5)

123,60

2

0,78

158,46

6

Обкладинка для блокноту

128,75

2

0,78

165,06

7

Шелфтокер

206,00

2

0,78

264,10

8

Пенал "Дитячий"

34,33

2

0,78

44,02

 

Всього

2106,35

 

 

 

2700,45

 

 

 

Висікання, бігування. Автоматична висікальна машина Yawa AD-800E

1

Папка А4

607,20

2

1000 одиниць

1,44

421,67

4                                                                                                                                3

машиніст на вирубно-припре-сувальніймашині брошуру-вальник

2

Папка А5

506,00

2

1,44

351,39

3

Паковання №1 (10,5х14,5)

379,50

2

1,44

263,54

4

Паковання  №2 (23х25)

185,53

2

1,44

128,84

5

Паковання №3 (32х43,5)

121,44

2

1,44

84,33

6

Обкладинка для блокноту

126,50

2

1,44

87,85

7

Шелфтокер

202,40

2

1,44

140,56

8

Пенал «Дитячий»

33,73

2

1,44

23,43

 

Всього

2162,31

 

 

 

1501,60

 

 

 

Формування та фальцювання. Фальцювально-cклеювальна машина Yawa ZH 800 B

1

Папка А4

601,80

2

1000 одиниць

2,8

214,93

5                                                                                                                                2

машиніст фальцю-вально-склеюва-льної машини брошуру-вальник

2

Папка А5

501,50

2

2,8

179,11

3

Паковання №1 (10,5х14,5)

752,25

2

2,8

268,66

4

Паковання  №2 (23х25)

551,65

2

2,8

197,02

5

Паковання №3 (32х43,5)

120,36

2

2,8

42,99

6

Обкладинка для блокноту

1003,00

2

2,8

358,21

 

Всього

3530,56

 

 

 

1260,91

 

 

Закінчення табл. 7.1

№ пп

Найменування виробничої операції та марка устаткування

Одиниць продукції в натураль-ному виразі

Група склад- ності

Одиниця обліку продукції

Норма виробітку за годину, одиниць продукції

Кількість нормо-годин на операцію

Розряд

Професія робітника

Припресовування фольги, термоформування. Прес для тиснення фольгою Vega TYMK 750

1

Папка А4

612,00

2

1000 одиниць

2,27

269,60

5                                                                                                                                3

машиніст на припре-сування плівки брошуру-вальник

2

Папка А5

510,00

2

2,27

224,67

3

Паковання №3 (32х43,5)

61,20

2

2,27

26,96

4

Обкладинка для блокноту

127,50

2

2,27

56,17

 

Всього

1310,70

 

 

 

577,40

 

 

 

УФ-лакування. Лакувальна машина Adast Dominant-715

1

Папка А4

151,13

2

1000 одиниць

3,23

46,79

4                                                                                                                                3

машиніст лакуваль-ної машини

2

Папка А5

125,94

2

3,23

38,99

3

Паковання №1 (10,5х14,5)

94,45

2

3,23

29,24

4

Паковання  №2 (23х25)

46,18

2

3,23

14,30

5

Паковання №3 (32х43,5)

30,23

2

3,23

9,36

6

Обкладинка для блокноту

31,48

3,23

9,75

Всього

479,40

 

 

 

148,42

 

Лазерний розкрій, гравірування. Лазерний гравер ЛТКГ8060

1

Папка А4

601,20

2

1000 одиниць

0,59

1018,98

6

машиніст лазерної машини

2

Папка А5

501,00

2

0,59

849,15

3

Паковання №1 (10,5х14,5)

375,75

2

0,59

636,86

4

Паковання  №2 (23х25)

183,70

2

0,59

311,36

5

Паковання №3 (32х43,5)

120,24

2

0,59

203,80

6

Обкладинка для блокноту

125,25

2

0,59

212,29

7

Шелфтокер

200,40

2

0,59

339,66

8

Пенал "Дитячий"

33,40

2

0,59

56,61

Всього

2140,94

 

 

 

3628,71

При всіх операціях враховані коефіцієнти відходів [49].

Основою для розрахунку чисельності робітників є кількість устаткування, змінність роботи та необхідна кількість працівників (друкарів та помічників) на кожну одиницю устаткування.

Явочна чиселність робітників визначається як добуток розрахункової кількості машин на штат обслуговування 1 машини і коефіцієнт змінності:

                                      Nя = Nобл х Nзм х Vуст;                                     (7.1)

де Nобл – розрахункова кількість одиниць обладнання;

       Nзм – кількість змін;

         Vобсл – штат обслуговування.

Спискова чисельність робітників – це частка від ділення явкової чисельності робітників на коефіцієнт явки:

                                               Ncп = Nя / Кя;                                          (7.2)

де  Nc – спискова чисельність робітників;

 Nя – явочна чисельність робітників;

Кя – коефіцієнт явки (Кя = 0,87).

У дипломній дисертації розглянуто два варіанти висікання зразків із листів пластику: І – висікання за допомогою автоматична висікальної машини Yawa AD-800E з використанням штанц форм та ІІ – розкрій продукції за допомогою лазера на лазерному гравері ЛТКГ8060. Дане порівняння проводилося для вибору більш єфективного та економічного способу висікання продукції.

Таблиця 7.2

Розрахунок чисельності основних робітників

№ пп

Назва виробничої операції

Розрахункова кількість машин (р.м.), одиниць Ур

Чисельність та розряд робітників

Явочна кількість робітників за фахом та розрядом

Коефі-цієнт явки

Списочна кількість робітників, осіб

штат обслу-гову-вання, осіб

розряд робіт-ників

Кіл-ть змін

1

Розрізування

0,07

1

4

1

0,07

0,87

0,08

2

Ламінування

0,75

2

3, 4

2

3,00

3,45

3

Висікання, бігування

0,83

1

3, 4

1

0,83

0,96

4

Припресовування фольги, термоформування

0,32

1

3, 4

1

0,32

0,37

5

Формування та фальцювання

0,70

2

2, 5

1

1,40

1,61

6

Лакування

0,08

2

2, 3

1

0,16

0,19

7

Лазерний розкрій, гравіювання

1,01

2

6

2

2,02

2,32

 

Всього І

 

 

 

 

5,79

 

6,65

 

Всього ІІ

 

 

 

 

6,90

7,93

Розрахункова кількість машин визначається як відношення виробничої програми у машино–годинах до річного фонду часу роботи 1 машини, помноженого на коефіцієнт виконання норм. Річний фонд часу роботи 1 машини приймається 1800 год. при однозмінній роботі. Коефіцієнт виконання норм – від 1 до 1,1 (див табл. 7.3).

Таблиця 7.3

 Розрахунок чисельності устаткування

№ пп

Повна назва устаткування чи робочого місця

Марка устаткування

Фірма-виробник устаткування (країна)

Виробнича програма, нормо-годин

Необхідна кількість машин (верстатів, робочих місць), одиниць

Розрахункова

Прийнята проектом

1

Розрізування

Perfecta 92 UC

Німеччина

128,26

0,07

1

2

Ламінування

Vega YDFM-920

Японія

2700,45

0,75

1

3

Висікання, бігування

Yawa AD-800E

Китай

1501,60

0,83

1

4

Припресовування фольги, термоформування

Vega TYMK 750

Японія

577,40

0,32

1

5

Формування та фальцювання

Yawa ZH 800 B

Китай

1260,91

0,70

1

6

Лакування

Adast       Dominant-715

Чехія

148,42

0,08

1

7

Лазерний розкрій, гравіювання

ЛТКГ8060

Україна

3628,71

1,01

1

Собівартість продукції розраховується за калькуляційними статтями:

  1.  Сировина і матеріали.
  2.  Заробітна плата виробничих робітників.
  3.  Відрахування на соціальні заходи.
  4.  Витрати на утримання і експлуатацію устаткування.
  5.  Загальновиробничі витрати.
  6.  Загальногосподарські витрати.
  7.  Позавиробничі витрати.

Сума витрат за статтями 1-6 складає виробничу собівартість.

7.1.1. Розрахунок витрат на матеріали

Витрати на матеріали в грошовому вираженні розраховуються, виходячи з потреби в матеріалах та ціни матеріалів. Потреба в матеріалах на виготовлення продукції представляє собою добуток кількості облікових одиниць продукції та норми витрат матеріалів на облікову одиницю продукції.

Витрати на матеріали по процесах включають: післядрукарські обробні процеси – плівка, фольга, лак та допоміжні матеріали (допоміжні матеріали складають 5% від витрат на вище перераховані матеріали). Дані розрахунків заносяться у табл. 7.4, 7.5.

Таблиця 7.4

Розрахунок витрат на матеріали

№ пп

Назва матеріалу

Призна-чення

Продукція

Матеріал

Обл. оди-ниця

Кількість облікових одиниць

Облі-кова оди-ниця

Норма витрат на облікову одиницю

Потре-ба в мате-ріалі

Ціна облікової одиниці, грн.

Витрати, тис. грн.

1

Лак УФ

Лакування пластику

1000 арк.

479,40

1 кг

0,17

79,90

115

9188,54

2

Плівка для припресу-вання

Припресу-вання плівки для ламінації

1000 арк.

2559,22

1 м2

0,19

483,69

0,84

406,30

3

Фольга

Тиснення фольгою логотипів

1000 арк.

2264,40

1 м2

0,01

14,27

5,12

73,04

 4

Штамп для тиснення

 

Тиснення фольгою та термофор-мування 

1000 шт.

122,40

1 cм2

0,03

3,58

11,2

40,10

5

Штанц-форма

Висікання заготовок

1000 шт.

323,84

1 м

2,91

943,75

160

151

 

Всього

 

 

 

 

 

 

 

9858,98

7.1.2. Розрахунок витрат на заробітну плату

Витрати на заробітну плату виробничих робітників включають основну заробітну плату, доплати, премії та додаткову заробітну плату.

Пряма заробітна плата основних робітників визначається як добуток трудомісткості на годинну тарифну ставку відповідного розряду. Годинні тарифні ставки визначаються на основі тарифних коефіцієнтів та прийнятої годинної тарифної ставки робітника 1 розряду. Основна заробітна плата допоміжних робітників визначається пропорційно основній заробітній платі основних робітників. Доплати, премії та додаткова заробітна плата виробничих робітників розраховуються виходячи з співвідношення 45% від основної заробітної плати виробничих робітників.

Розрахунки заробітної плати заносяться до табл. 7.5.

Відрахування на соціальні заходи визначаються пропорційно (38,11%) заробітній платі виробничих робітників:

ВсзІ = 0,3811 × 149700,16 = 55,28 тис. грн.

ВсзІІ = 0,3811 × 192235,76 = 70,99 тис. грн.

Таблиця 7.5

Розрахунок заробітної плати виробничих робітників

№ пп

Професія робітника

Списк. чисельн. робітни-ків

Розряд

Трудоміст-кість,

нормо-години

Годин-на тариф-на ставка, грн.

Основна зар. плата основних робітників, грн.

Зар. плата допоміжних робітників, грн.

Разом основна зар. плата виробничих робітників, грн.

Доплати, премії та додаткова зар. плата, грн.

Разом зар. плата виробничих робітників, грн.

1

машиніст різальної машини

0,08

4

128,26

10,95

1404,41

238,75

1643,16

739,422

2382,58

2

машиніст на припресування плівки

3,45

4

2700,45

10,95

29569,91

5026,89

34596,80

15568,6

50165,36

3

брошурувальник

3,45

3

2700,45

8,85

23898,97

4062,83

27961,80

12582,8

40544,60

4

машиніст на вирубній машині

0,96

3

1501,60

8,85

13289,18

2259,16

15548,34

6996,75

22545,09

5

машиніст на припресування плівки

0,37

4

577,40

10,95

6322,54

1074,83

7397,37

3328,82

10726,19

6

машиніст фальцювально-склеювальної машини

1,61

5

1260,91

12,45

15698,38

2668,73

18367,11

8265,2

26632,31

7

брошурувальник

1,61

2

1260,91

8,85

11159,09

1897,05

13056,14

5875,26

18931,40

8

машиніст лакувальної машини

0,19

2

1260,91

8,85

11159,09

1897,05

13056,14

5875,26

18931,40

9

машиніст лакувальної машини

0,19

3

1260,91

9,75

12293,91

2089,97

14383,88

6472,75

20856,63

10

машиніст лазерної машини

2,32

6

3628,71

14,55

52797,76

8975,62

61773,38

27798

89571,40

Всього І

149700,16

67365,1

217065,23

Всього ІІ

192235,76

86506,1

278741,86

140

7.1.3. Витрати на утримання та експлуатацію устаткування

Витрати на утримання і експлуатацію устаткування – комплексна стаття витрат, яка включає [60]:

  1.  витрати на амортизацію устаткування та транспортних засобів;
  2.  витрати на електроенергію для технологічних потреб;
  3.  витрати на поточний ремонт;
  4.  інші витрати.

Інші витрати на утримання та експлуатацію устаткування становлять 40% від суми витрат на амортизацію, електроенергію та поточний ремонт устаткування.

Витрати на утримання і експлуатацію устаткування визначаються за формулою:

                                      ВУіЕ = (Ва + Ве + Впр)×1,4                                      (7.3)

де     ВУіЕ – витрати на утримання і експлуатацію устаткування, грн;

Ва – витрати на амортизацію устаткування, грн;

Ве   витрати на електроенергію для технологічних потреб, грн;

Впр – витрати на поточний ремонт виробничого устаткування, грн.

Витрати на амортизацію устаткування та транспортних засобів визначаються, як добуток залишкової вартості устаткування на певний період та норми амортизаційних відрахувань. Залишкова вартість устаткування визначається як залишкова вартість на початок періоду мінус сума амортизаційних відрахувань.

Балансова вартість – сума витрат на купівлю та транспортно-монтажні роботи (10% від витрат на купівлю) устаткування, транспортних засобів [62].

Розрахунки витрат на амортизацію устаткування і транспортних засобів заносяться до таблиці 7.6.

Таблиця 7.6

Витрати на амортизацію устаткування і транспортних засобів

№ пп

Назва устатку-вання

Ціна одиниці устатку-вання, тис. грн.

Вартість транспортно-монтажних робіт, тис. грн.

Балансова вартість прийнятої кількості устатку-вання, тис. грн.