Исследование работоспособности малоразмерного режущего инструмента при обработке металлографских форм методом многопроходного строгания

Основное требование к полиграфической продукции предприятий изготавливающих ценные бумаги, — её высокая защищенность от подделки. К таким предприятиям относятся: в Российской Федерации — Гознак, в Германии — Ги-зекке и Девриент, и Бундесдрукерай, в США — Бюро гравирования и печати США, в Швейцарии — Орелл Фюссли, в Великобритании — Де Ла Рю, во Франции — предприятия Банк де Франс, в Японии — Комори. Комплекс защитных мероприятий, закладываемых в банкноту, паспорт, ценную бумагу или другой подобный образец продукции, включает в себя применение нескольких видов защиты в бумаге (водяной знак, защитные волокна и др.), применение красок со специальными видимыми и машиночитаемыми свойствами, а также применение специальных видов печати, из которых доминирующее значение имеет металлографская печать [10, 23, 62]. Этот вид печати на всех банкнотных производствах мира признан, как одна из основ защитного комплекса. Это нашло отражение также и в том, что постановлением Правительства России [42] установлено исключительное право Гознака эксплуатировать на территории Российской Федерации оборудование металлографского способа печати. Тем самым созданы условия для реализации значения металлографской печати как одной из доминант защитного комплекса. Создающие защитное значение особенности металлографской печати обусловлены её специальной технологией [10] и выражаются в таких характеристиках получаемых оттисков, которые недоступны другим способам печати. В свою очередь, технология металлографской печати обусловлена особенностями металлографской печатной формы, которые закладываются при изготовлении первичной оригинальной формы [62]. С готовой оригинальной формы снимается необходимое число трехмерных копий, из которых составляются так называемые полноформатные тиражные печатные формы, то есть те, которые устанавливаются непосредственно на печатную машину и обеспечивают печать тиражной продукции. При этом первичная оригинальная форма тщательно сохраняется в качестве эталона.

Заготовкой высокозащшценной оригинальной металлографской формы 1 (рис.1) служит плоская металлическая пластина необходимой площади, определяемой размером гравюры. Поверхность 2, предназначенная для нанесения углубленной гравюры, должна иметь шероховатость поверхности не ниже 12 -14 класса, так как предназначена для выполнения в дальнейшем роли так называемого пробельного поля, с которого краска должна легко стираться. Сама гравюра, в отличии, например, от классической для полиграфии глубокой печати, носит не точечный, растровый характер, а штриховой, причем характерные размеры штрихов (линий) варьируются в следующих пределах: — глубина 5 -120 мкм (в классической глубокой печати — единицы микрон) — - ширина 20 2000 и более мкм, причем при ширинах более ~100 мкм необходимо обеспечить создание определенного рельефа поверхности дна таких углублений [101.

Рис. 1. Элементы гравюр металлографских форм в сечении:

1 — заготовка металлографской формы;

2 — ширина элемента;

3 — чистая (пробельная) плоскость;

4 — границы элементов;

5 — глубина элемента.

Печать с таких форм представляет собой процесс, каждый цикл которого включает в себя накат на печатную форму свежего слоя краскистирание краски ротационным поливинилхлоридным (ПВХ) валом, при котором краска удаляется со всей пробельной плоскости, а в углубленной гравюре сохраняетсянепосредственный печатный контакт формы с бумагой, в ходе которого на бумагу передается рельефное красочное изображение, соответствующее гравюре на печатной форме (рис.2).

Рис. 2. Красочные изображения, получаемые металлографской печатью.

Современные металлографские печатные машины функционируют в таком режиме с производительностью 10 000 циклов в час, т. е. почти три оттиска в секунду. При этом многие особенности микрогеометрии гравюры, о которых речь пойдет ниже, создают невоспроизводимые признаки подлинности получаемого рельефного красочного оттиска. Кроме того, приведенные выше характерные размеры штрихов требуют применения несвойственных общей полиграфии высоковязких красок, и создания при печати давления до 1 тонны на погонный сантиметр полосы контакта (в общей полиграфии для разных способов печати это давление варьируется в пределах от 3 до 40 килограмм на погонный сантиметр). Все это, с одной стороны, исключает возможность модернизации подделыциками общеполиграфического оборудования для применения его в качестве металлографского, а, с другой стороны, обеспечивает хорошую отличаемость подлинного металлографского оттиска от его имитации общеполиграфическими или современными копировально-множительными средствами [62]. Однако за последние 10 — 15 лет банкнотные и ценнобумажные производства всего мира особенно остро столкнулись с актуальностью проблемы уменьшения этой отличаемости из-за быстрого развития общеполиграфических и современных копировально-множительных средств.

Актуальность технологических разработок, направленных на повышение уровня защищенности от подделок, обусловлена теми угрозами для функционирования государства, которые создаёт фальшивомонетничество. В таблице 1 представлена динамика числа выявленных подделок за последние 10 лет (по данным экспертно-криминалистического центра МВД России). Эти данные позволяют в части российских рублей проследить тенденцию некоторого уменьшения числа подделок после замены в 1998 году банкнот на усовершенствованные в защитном отношении образцы 1997 года. При этом важно иметь ввиду, что даже цифру 7000 экземпляров следует считать недопустимо большой, т.к., во-первых, в неё вошли только выявленные подделки (а ещё не выявленных может быть значительно больше), а, во-вторых, опасность подделок выражается не только в виде прямого убытка в размере выпущенного номинала, а более всего в виде утраты доверия к денежному обращению со стороны населения и, как следствие, опасность дестабилизации финансовой системы страны. Это последнее соображение относится не только к банкнотам, но и к другим ценным бумагам, и таким бланкам, как паспорта. Важно отметить, что у всех наиболее важных для государства бумаг и документов, основу защитного комплекса составляет металлографская печать.

Динамика числа выявленных подделок за последние 10 лет.

Таблица 1.

Год Количество экземпляров банкнот, шт.

Рубли Валюта.

1992 4000 34 000.

1993 43 000 43 000.

1994 85 000 4500.

1995 28 000 10 000.

1996 54 000 13 000 9.

Продолжение таблицы 1.

Год Количество экземпляров банкнот, шт.

Рубли Валюта.

1997 24 000 6100.

1998 19 000 12 000.

1999 10 000 26 000.

2000 6000 20 000.

2001 7000 15 000.

Все мировые баикнотопроизводители исходят из того, что одним из главных направлений противодействия высококачественным подделкам остается металлографская печать, и прежде всего новаторские работы, направленные на усиление ее защищенности за счет придания новых микрогеометрических особенностей оригинальным металлографским формам. В русле этих работ лежит и настоящая диссертация, направленная на обеспечение возможности получения микрорельефа, обладающего особенностями не воспроизводимыми известными способами получения металлографских форм.

Общие выводы.

1. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны основы эффективного использования малоразмерного режущего инструмента в новом технологическом процессе многопроходного строгания гравюр металлографских печатных форм.

2. Установлено, что основными факторами, влияющими на работоспособность резцов являются:

— действующие при резании силы;

— прочность вершины режущего инструмента;

— обеспечение перпендикулярности передней поверхности инструмента относительно направления его перемещения в любой точке траектории;

— расположение вершины резца и его передней поверхности относительно оси поворота и поверхности заготовки.

3. Получены аналитические зависимости и правила для:

— расчета сил, действующих на инструмент;

— расчета прочности резцов с использованием метода конечных элементов;

— расчета прочности резцов с использованием &bdquo-балочной" теории;

— выбора на основе вышеперечисленных зависимостей глубины резания для различных типоразмеров резцов и направления по совершенствованию их конструкций.

4. Сформулированы условия, при которых обеспечивается безотказность режущего инструмента на операции многопроходного строгания, что позволяет рекомендовать обработку гравюр металлографских форм этим методом в автоматическом цикле и без участия оператора в течение длительного времени.

5. Показано, что существует значительный резерв в увеличении производительности операций обработки гравюр металлографских форм методом многопроходного строгания за счёт увеличения скорости резания,.

115 совершенствования конструкции резцов и использования для них более прочного и износостойкого материала. 6. Экспериментально проверены:

— аналитические зависимости по действующим силам и прочности резцов;

— методики, обеспечивающие требуемую безотказность режущего инструмента на операции многопроходного строганияза всё время наблюдений не зарегистрировано ни одного случая выхода инструмента из строя по причине его износа.