專利名稱：用于制造網(wǎng)紋輥的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造網(wǎng)紋輥的方法，特別是例如那些以名稱“網(wǎng)紋輥”在膠版印刷機的所謂的短油墨機組中用于與刮刀或腔式刮刀結(jié)合使用來將油墨從油墨儲備容器中取出并且通過另外的輥朝印版的方向輸送。但是網(wǎng)紋輥也在上光機組中使用以便計量待施加的亮油量并且除了膠版印刷也在其他印刷方法例如苯胺印刷或在相應的機器中使用。已經(jīng)公知的是，將以前借助于腐蝕過程結(jié)構(gòu)化或者機械地通過侵入到鋼制輥體上的軟銅皮中的雕刻刀雕刻的網(wǎng)紋輥現(xiàn)今也利用激光工具雕刻。例如在雜志“苯胺和凹版印刷”中 (2004年第二期)出現(xiàn)的文章“用于印刷機的通用網(wǎng)紋輥”描述了這種方法。
背景技術(shù)：
目前，設(shè)置用于在網(wǎng)紋油墨機組中使用的網(wǎng)紋輥為了更高使用時間的目的在表面通常設(shè)有硬的陶瓷層。但是在這種輥的激光雕刻中出現(xiàn)問題。常常在相對短的使用時間之后已經(jīng)在印刷圖像中出現(xiàn)條紋，其原因是，陶瓷微粒從網(wǎng)紋輥上脫落、卡在刮刀的刀刃上并且然后在輥表面上產(chǎn)生溝槽。其原因在于激光雕刻的制造過程。因為在那里迄今為止使用熱YAG激光器或(X)2激光器，其激光脈沖使材料從由其產(chǎn)生的凹部中部分地蒸發(fā)、但是部分地也以熔融液態(tài)逐出，然后所述材料在產(chǎn)生的凹部的兩側(cè)作為“山峰”沉積在表面上。此外，因為現(xiàn)在待雕刻的小穴或溝紋在輥沿圓周方向(即在橫截面輪廓中)旋轉(zhuǎn)時用唯一的持續(xù)時間相對長的高能激光脈沖一次逐出并且(只要其涉及長形延伸的小穴或溝紋)沿縱向方向通過多重并排放置的凹部產(chǎn)生所述小穴或溝紋，即，當輥繼續(xù)旋轉(zhuǎn)約一圈時在該生產(chǎn)過程中得到沿著溝紋延伸的由熔融的陶瓷材料構(gòu)成的單個的鱗片流。它們不能特別良好地附著在彼此上或附著在輥表面上并且因此容易地通過刮刀在印刷運行中折斷，由此在輥表面中產(chǎn)生溝槽，所述溝槽在印刷圖像中可導致前述的條紋。為了解決該任務已經(jīng)建議的是，使陶瓷輥表面在激光雕刻之后在此用激光器加熱到稍低于熔融溫度，以便由此使裂紋和孔隙閉合并且使表面致密，這在EP 1 967 381 A2中有所描述。由此，雖然延長了網(wǎng)紋輥的使用時間，但是也延長了制造過程，因為通過所述表面的所述附加的過熔或過燒結(jié)步驟需要顯著的附加時間?？傮w上，對于直徑為180毫米和長度為560毫米的網(wǎng)紋輥來說，按照所述方法的雕刻持續(xù)約10至12小時。此外建議，為了解決所述問題，這樣地調(diào)節(jié)所使用的激光器的脈沖形式，使得在強的第一激光脈沖之后立即進行不太強的第二脈沖，通過所述第二脈沖應使得通過第一激光脈沖產(chǎn)生的凹部和保持在凹部之間的橋接部平整和硬化。例如在2001年11月四日編號為44的雜志“Deutscher Drucker”中描述了這種以名稱“超熔”技術(shù)公知的方法。盡管利用所述方法可改善激光雕刻的網(wǎng)紋輥的使用時間，但是仍不能達到足夠的數(shù)量級。值得期望的是，在更換和再修理網(wǎng)紋輥之前例如達到最高50百萬轉(zhuǎn)的使用壽命。也已經(jīng)建議，在通過(X)2激光器雕刻的小穴旁邊熔融的材料接著在多個磨削循環(huán)中用更精密的金剛石磨料磨削至期望的表面粗糙度(EP 0 396 114 Bi)在每個第二磨削循環(huán)之后測量輥的表面粗糙度和汲取體積，以便確保通過磨削過程不會使期望的優(yōu)化“過度”。這是費事的過程，其難于再現(xiàn)并且花費很多時間。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務是，提供一種用于激光雕刻具有陶瓷表面的網(wǎng)紋輥的制造過程，利用所述制造過程可以實現(xiàn)輥的高壽命，為此無需大大延長制造過程本身。所述任務通過權(quán)利要求1特征部分給出的措施解決。根據(jù)本發(fā)明，在激光雕刻時通過重復運行的短脈沖激光器產(chǎn)生凹部，其中，分別采用多個激光脈沖以便在橫截面輪廓中加工出一個凹部。即，在此為了制造網(wǎng)紋輥動用本身公知的短脈沖激光器。所述激光器提供非常短的在幾百納秒范圍內(nèi)或以下的持續(xù)時間的光脈沖并且在小焦點范圍內(nèi)產(chǎn)生非常高的能量密度，由于所述能量密度，需去除的材料基本上被剝離或蒸發(fā)并且不會或在非常小的范圍內(nèi)沉積在所述橋接部上，刮刀在所述橋接部上滑動。如已經(jīng)證實的那樣，被剝離的材料以一種方式附著在網(wǎng)紋輥的橋接部上，使得這些剩留的殘余可通過短的不太費事的精加工過程例如通過珩磨、研磨或拋光或者通過清潔過程無噴濺地去除掉。手動的過拋光或?qū)埩粑飶囊运龇绞接枚堂}沖激光器雕刻的輥上擦除已經(jīng)足以在那里產(chǎn)生極其光滑且耐用的表面，刮刀在所述表面上滑動。使用飛秒范圍內(nèi)的超短激光脈沖來使材料微結(jié)構(gòu)化雖然本身是公知的并且例如在物理的55頁(1999年，Nolte、Momma、Chickov和Welling的文章編號6，第41頁)中有所描述。但是用于印刷機油墨機組的網(wǎng)紋輥的制造沒有被稱為應用領(lǐng)域并且也沒有描述在制造這種網(wǎng)紋輥時出現(xiàn)的問題及其消除方式。目前，飛秒激光器也不能夠以對于雕刻可接受的幾個小時的加工時間剝離掉在網(wǎng)紋輥中所需的材料量。因為為此所需的能量密度和能量量在目前可能的脈沖重復率的情況下不能集中到激光脈沖中。按照本發(fā)明所采用的激光器、優(yōu)選光纖激光器或圓盤激光器提供20皮秒與200納秒之間范圍內(nèi)的激光脈沖并且提供 10瓦至多個100瓦之間范圍內(nèi)的平均激光功率。重要的是，所采用的短脈沖激光器提供足夠的能量密度以便使耦合入的光能量最佳地用于剝離待加工的材料。此外，到達材料上的平均功率必須足夠高以便例如在具有陶瓷表面(其典型地具有3cm3的汲取體積)的網(wǎng)紋輥的情況下每小時去除掉0. 5cm3的陶瓷材料。因為否則將使得用于激光雕刻輥的加工時間不允許地變長或者在同時采用多個激光器的情況下使得設(shè)備技術(shù)耗費太高。適于加工網(wǎng)紋輥的短脈沖激光器產(chǎn)生例如波長為1065nm、脈沖持續(xù)時間符合目的要求地處于200納秒以下(優(yōu)選在100與150納秒之間)的激光束脈沖。已經(jīng)證實，在 200納米的脈沖持續(xù)時間以下，在陶瓷材料中產(chǎn)生的用于材料去除的熱能足夠小并且不會在待雕刻的小穴的邊緣上產(chǎn)生大規(guī)模的熔融。用2至6千瓦的脈沖最大功率可容易地實現(xiàn)在網(wǎng)紋輥中在網(wǎng)紋輥油墨機組中常見的小穴深度，其中，為了加工出橫截面輪廓分別使多個脈沖前后相繼地排列，典型的是視小穴或溝紋的寬度和深度而定采用5至100個激光脈沖。利用所述脈沖數(shù)量可產(chǎn)生具有相對光滑平整側(cè)壁的凹部并且此外也可以這樣地影響小穴或溝紋的橫截面?zhèn)缺谛螤?，使得與本文開頭所述類型的其他方法相比得到良好地適于小穴的油墨輸出特性/油墨接收特性的幾何結(jié)構(gòu)。必要時以多個循環(huán)雕刻網(wǎng)紋輥，從而使得橫截面形狀在多個上下疊置的層中通過激光脈沖加工出。激光器的脈沖重復率為多個 100, OOOkHz0通過這種方式可在100與1000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速的情況下在幾小時內(nèi)雕刻規(guī)格為35/50cm的用于印刷機組的輥。符合目的要求的是，在所述激光雕刻后面跟隨著精加工步驟和/或清潔步驟，例如在與在前面的激光雕刻本身中相同的輥夾緊裝置中，但是所述精加工步驟或清潔步驟也可以手動進行，例如通過過拋光或利用清潔介質(zhì)擦拭激光處理過的輥，要么仍在所述夾緊裝置中要么在將輥從所述夾緊裝置中取出之后。在超聲波浴中清潔所述輥也可以是足夠的并且在很多情況下也可以完全取消所述精加工步驟。
具體實施例方式本發(fā)明的其他優(yōu)點從下面對實施例的說明中得出。實例1 a)提供設(shè)有軸頸的由ST52鋼制成的輥體，該輥體具有560mm的滾筒長度L并且滾筒外套直徑D為180mm。被車削成形狀的輥體接著在等離子體噴射設(shè)備中在滾筒外套上設(shè)有0. 275mm厚度的氧化鉻層。b)接著，滾筒表面借助于陶瓷鍵合的金剛石磨削盤以0. Olmm的公差磨削成滾筒形狀。最后，滾筒表面在轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘和進給量為200mm/分鐘、壓緊力為2. 5bar的珩磨機中平整三遍。在此使用粒度為2000的珩磨石。被這樣處理過的滾筒表面因此具有 Rz = 1.9μπι的粗糙度。c)然后，將被這樣處理過的輥體放入到激光加工設(shè)備中。所述設(shè)備包含重復運行的鐿-光纖激光器，其在脈沖重復率為500kHz的情況下具有130ns的脈沖持續(xù)時間。所述激光器的平均功率為150W，其提供2. 5kff的脈沖最大功率。所述激光器被調(diào)節(jié)到所述值上是為了在滾筒表面上在520毫米的長度上在橋接部寬度為約20 μ m的情況下雕刻平均深度為20 μ m和平均寬度為90 μ m的溝紋。所述溝紋應在90L/cm的線條安排的情況下在多個陡螺旋線中在滾筒表面上延伸。但是因為雕刻過程在工件快速旋轉(zhuǎn)時沿圓周方向進行，因此激光器的脈沖可非常精確地與輥的轉(zhuǎn)速同步。所述轉(zhuǎn)速在考慮500kHz的最大脈沖重復頻率并且150W的激光器平均功率的情況下調(diào)節(jié)到750轉(zhuǎn)/分鐘，以便實現(xiàn)所需的溝紋寬度和深度。在此，在溝紋的橫截面上分別得到6個脈沖，在所述脈沖在溝紋之間在橋接部的區(qū)域中分別短時中斷之前(也就是說在那里2個激光脈沖被抑制)，利用所述脈沖從所述材料中加工出橫截面形狀。激光器單元沿著滾筒軸線的進給量為5 μ m每輥轉(zhuǎn)，也就是說，在設(shè)定的750轉(zhuǎn)/ 分鐘的轉(zhuǎn)速的情況下，雕刻過程在560毫米的滾筒長度L上持續(xù)約2. 4小時。在所述時間內(nèi)，在待雕刻的0. 3m3的面中去除掉約1. 5cm3。接著，所述輥以相同的設(shè)定再次在第二循環(huán)中被雕刻，以便實現(xiàn)溝紋的20 μ m的期望平均深度?？傊?，然后對于雕刻在4. 8小時的總加工時間期間得到3cm3的材料去除。d)被這樣結(jié)構(gòu)化后的網(wǎng)紋輥接著經(jīng)歷第二精加工步驟。在此，雕刻后的表面用粒度為4000的珩磨石以約Ibar的小壓緊力在600mm/分鐘的進給量的情況下以200轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速平整兩遍。被這樣處理過的輥可接著裝入到SM52型頁張膠版印刷機的印刷機組中并且在那里用作網(wǎng)紋輥。從陶瓷涂層到最終精加工過程的總加工過程持續(xù)5. 5小時。實例2 在此與實例1的制造過程相比，加工步驟b)進行下述改變用粒度為4000的珩磨
5石以IAbar的壓緊力珩磨四遍。被這樣處理過的滾筒表面因此具有民=1.5μπι的粗糙度。在接下來的激光雕刻中，在激光器的其他設(shè)定相同的情況下將輥轉(zhuǎn)速降低到250 轉(zhuǎn)/分鐘并且將軸向進給提高到7. 5 μ m/轉(zhuǎn)。在簡單地掃過輥表面的情況下已經(jīng)可以獲得平均深度為約20 μ m的足夠工整的溝紋，從而可放棄再次雕刻。在激光雕刻(步驟C))之后，被結(jié)構(gòu)化后的網(wǎng)紋輥不被再次珩磨，而是手工拋光約 10分鐘。這樣獲得的網(wǎng)紋輥具有與實例1 一樣好的特性。
權(quán)利要求
1.用于借助于激光雕刻制造(用于印刷機的)網(wǎng)紋輥的方法，在該方法中，在可具有陶瓷表面的輥中通過借助于激光輻射進行的材料去除加工出凹部、例如小穴或溝紋，其特征在于下述步驟通過重復運行的短脈沖激光器產(chǎn)生所述凹部，其中，分別采用多個激光脈沖以便在橫截面輪廓中加工出一個凹部；所述短脈沖激光器被這樣選擇或調(diào)節(jié)，使得其每小時從輥表面上剝離至少500mm3的材料。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述輥表面接著通過機械的精加工步驟平整和/或清潔。
3.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述精加工步驟和/或清潔步驟在與先前的激光雕刻步驟中相同的輥夾緊裝置中進行。
4.按權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述精加工步驟和/或清潔步驟手動進行。
5.按權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述清潔步驟在超聲波浴中進行。
6.按權(quán)利要求1所述的方法，其中，對于雕刻所使用的激光器是光纖激光器。
7.按權(quán)利要求1所述的方法，其中，對于雕刻所使用的激光器產(chǎn)生脈沖持續(xù)時間在低于200ns范圍內(nèi)的輻射脈沖。
8.按權(quán)利要求1所述的方法，其中，對于雕刻所使用的激光器提供至少2kW的脈沖最大功率和至少80瓦的平均功率。
9.按權(quán)利要求1所述的方法，其中，脈沖重復率在100與IOOOkHz之間，優(yōu)選為500kHz 或500kHz附近。
10.按權(quán)利要求1所述的方法，其中，用于加工出所述凹部的橫截面輪廓的激光脈沖的數(shù)量在5至100個之間，優(yōu)選在10至50個之間。
11.按權(quán)利要求1至10中任一項所述的方法，其用于加工具有金屬芯和陶瓷外套的輥。
12.按權(quán)利要求11所述的方法，其中，陶瓷層是氧化鉻，其施加、優(yōu)選蒸鍍、濺射或通過等離子體噴射方法涂覆在金屬輥體上。
13.按權(quán)利要求11所述的方法，其中，在對輥進行激光雕刻之前在金屬輥體的外套上涂覆陶瓷層并且將陶瓷表面磨圓。
14.按權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述輥通過磨削過程得到公差小于0.Olmm的滾筒形狀。
15.按權(quán)利要求14所述的方法，其中，磨削后的表面在激光雕刻之前通過第一精加工步驟這樣地平整，使得表面的平均粗糙度民小于2 μ m。
16.按權(quán)利要求1至14中任一項所述的方法，其中，具有陶瓷表面的輥在激光雕刻的方法步驟之前被磨削成形狀并且然后無另外的精加工步驟地進行雕刻。
17.按權(quán)利要求1至16中任一項所述的方法，其中，輥表面在雕刻時通過激光輻射多次掃過以加工出所述橫截面輪廓的形狀或深度。
18.按權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述精加工步驟涉及下述方法中的一個或多個: 珩磨、研磨、拋光。
全文摘要
用于網(wǎng)紋輥油墨機組的網(wǎng)紋輥通過短脈沖激光器雕刻，其中，雕刻出的小穴或溝紋的橫截面輪廓通過重復運行的激光器的多個脈沖加工出。所述激光器的脈沖能量和平均功率這樣選擇或調(diào)節(jié)，使得每小時剝離掉至少0.5cm3的材料。接著，輥表面通過機械的精加工步驟平整或清潔。
文檔編號B41C1/05GK102307730SQ201080006543
公開日2012年1月4日 申請日期2010年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月3日
發(fā)明者A·蒂爾曼, G·富克斯, H·維勒, R·溫特 申請人:海德堡印刷機械股份公司