Штампы для тиснения и материалы для их изготовления

Процесс тиснения заключается в давлении нагретого или ненагретого штампа на материал, которое осуществляется при помощи латунного, стального, цинкового или полимерного штампа. Штампы служат для воспроизведения текста или изображения в рельефе. Они позволяют делать многократные копии.

Штампы можно классифицировать по следующим признакам:

1) назначению: для блинтового, рельефного, конгревного тиснения; гофрирования; гренирования; текстурирования;

2) виду инструмента (штампа): плоский, ротационный;

3) виду материала: стальной, медный, латунный, магниевый, цинковый, пластмассовый, фотополимерный;

4) оригинальности: оригинальный, дубликат.

В основном используют штампы для блинтового, рельефного и конгревного тиснения.

Для надежного крепления штампа крепежными крючками его наружные ребра должны иметь четкий профиль. Заказчики могут задавать производителям штампы с определенными размерами сечения. Толщина и углы сечения выбираются, главным образом, согласно оборудованию машины для тиснения.

Требования к геометрии штампа. Штампы для блинтового плоского тиснения и тиснения фольгой имеют вид монолитной формы высокой печати с глубокими (1,5 – 2 мм) пробельными элементами. Боковые грани давящих элементов могут быть вертикальными или наклонными с углом наклона к вершинам до 15 ⁰ Толщина штампов для позолотных прессов тигельного типа может колебаться от 4 до 8 мм, но в одном комплекте для данного заказа и способа отделки все клише должны иметь одинаковою толщину. Толщина штампа имеет следующие значения: для Европы — 7 мм; для США — 6,35 мм. Допуски толщины составляют ± 0,05 мм в различных точках на том же самом штампе и ± 0,1 мм между двумя штампами.

К параметрам рельефа штампа могут предъявляться следующие требования:

1) разность по высоте между двумя рельефами не должна быть слишком большой, чтобы избежать изнашивания картона;

2) как правило, высота рельефа не должна превышать двойной толщины картона;

3) малые детали изображения не устанавливают слишком близко друг к другу, иначе не будет оставаться достаточно места для пра­вильного формообразования на картоне;

4) элементы изображения должны быть разнесены более широко, чем для печати, чтобы гарантировать получение достаточной глубины рельефа;

5) линии малой ширины и детали изображения также не должны быть слишком глубоки. Глубина линии не должна превышать 0,35 мм;

6) чем меньше угол рельефа, тем меньше риск образования разрывов (задирания, износа) картона. Однако угол не должен быть слишком мал, поскольку это играет роль в отсоединении фольги.

Максимальная глубина (высота), получаемая при рельефном тиснении — 0,6 мм. Очень острых угловых рельефов избегают, поскольку они часто содержат области, подвергающие к сдвигу и резке. Для текстурного тиснения высота рельефа составляет 0,07 – 0,10 мм.

Штампы на каждый элемент или группу графических элементов, которые тиснятся совместно и имеют небольшую площадь, должны быть цельными. При большой плошади тиснения желательно, чтобы для каждого изделия, напечатанного на листе, было свое клише — это обеспечит более точную приводку в случае неравномерной усадки запечатанного материала. Однако большое количество клише удлиняет время приладки на прессе.

Рабочая поверхность штампа должна быть отполирована (на магниевых клише не обязательно).

При заказе штампов предварительно определяют характеристики гравирования, задают точные параметры деталей и прилагают описание конструкции, которая будет воспроизведена. Указывают особенности рельефа (скошены грани или округлены). Отмечают внутренние и внешние уклоны. Если возможно, изготовителю передается негативная пленка для преобладающего цвета. Рисунки и фотографии объекта помогают правильно изготовить рельеф. Там, где образец имеет более чем один уровень рельефа, различные глубины (высоты) можно показывать на рисунке цветными линиями. Глубина (высота) рельефа при конгревном тиснении составляет не более чем 0,5 мм.

Как уже отмечалось, штампы изготавливают из стали, латуни, меди, магния, цинка, фотополимера и бекелита. Оригинальные металлические штампы производят кислотным травлением, ручным гравированием, гравированием с помощью пантографа [13].

Поверхности штампов, работающих с фольгой, зачищаются и полируются, поскольку любые отметины или пятна могут быть, воспроизведены при работе Зачисткой удаляются любые остатки, что продлевает срок службы штампа. Для зачистки используется специальная оснастка. Для тонкого шлифования штампов из твердого сплава используется латунная щетка. Такая щетка не пригодна для обработки более мягких металлов типа магния, поскольку она может повредить оттиск.

Штампы для тиснения могут покрываться пленкой масла для сохранения их в хорошем состоянии. Затем масло очищается, и штамп чистят щеткой перед многократным использованием, Металлические штампы никогда не должны храниться рядом, поскольку это может вызывать электролиз, хранят их отдельно в полиэтиленовых пакетах.

В процессе изготовления штампа для блинтового плоского тиснения могут быть произведены заплечики, перпендикулярные к поверхности штампа. Преимуществом такой технологии является то, что после износа мелкие рисунки и символы остаются первоначальной ширины. Перпендикулярные профили создаются протравливанием меди кислотой или с использованием станка с числовым программным управлением.

Первым шагом в технологии изготовления штампа для конгревного тиснения является гравирование. На этом этапе изготавливается матрица, после чего рельеф обрабатывается фрезой, и крутые гребни сглаживаются очень мелкой наждачной бумагой, чтобы предотвратить резку фольги.

Получение рисунка на заготовке штампа до гравирования. В обычных гравировальных процессах, т. е. при травлении кислотой, ручном гравировании или гравировании с помощью пантографа, сначала на заготовке штампа получают рисунок. Необходимо знать коэффициент температурного расширения материала клише и тем­пературу тиснения, которая зависит от сорта фольги и типа бумаги (например, текстурные бумаги требуют повышенной температуры тиснения). Самый простой способ расчета состоит в перемножении разницы температур тиснения (180 ^оС) и экспонирования (20 ^оС), т. е. в умножении 160 ^оС на коэффициент температурного расширения (для магния 0,00289% на 1 ^оС, а для меди 0,0015 % на 1 ^оС) и уменьшении изображения на получившееся значение (в процентах). Если подходить более грубо, то изображение на пленке для изготовления штампа должно быть приблизительно на 0,2 – 0,5 % меньше проектируемого. Тогда при горячем тиснении требуемое изображение вернется за счет расширения клише к тому размеру, который был запланирован изначально.

Рисунок может быть выфрезерован или выгравирован, чтобы дать позитивный или негативный рельеф.

Перед печатью рисунка на заготовке штампа изготавливается негативная или позитивная пленка изображения. Она служит шаблоном для рисунка, который будет напечатан на штампе для тиснения. Линейные размеры пленки не должны превышать 500x600 мм [14].

Металлическое основание штампа нагревают и всю поверхность покрывают фоторезистом (светочувствительным слоем), который придаст латунным, стальным и медным штампам коричневый вид Магниевые штампы обычно уже имеют красное покрытие фоторезиста. Нижняя (нерабочая) часть штампа при этом должна быть защищена при травлении. На магниевых матрицах эта сторона зеленая.

В течение процедуры инсоляции (1.4) штамп со стороны фоторезиста облучается УФ-лучами, проецируемыми сквозь пленку, несущую изображение. УФ – лучи проходят через прозрачные области на пленке, делая облученные части штампа стойкими к вымыванию.

На рисунке 1.4 представлен процесс УФ – облучения металлического штампа.

Рис. 1.4 - Процесс УФ-облучения металлического штампа

После экспонирования изображения проявляют и, подвергнутые воздействию лучей стойкие области, предстают светлыми Нестойкие к вымыванию части заготовки штампа затем разрушаются путем набрызгивания на них «слабой кислоты». При других методах гравирования границы проявленного рисунка служат в качестве направляющих для обработки резанием.

При кислотном травлении металлическую заготовку штампа с предварительно нанесенным на нее светочувствительным слоем закрепляют в копировальной раме. Поверх плиты размещают пленки с изображением элементов тиснения (для блинтового — негатив, для конгревного — позитив). Пленки должны быть выведены с учетом термического коэффициента расширения металла. Производят процесс засвечивания, все те места, которые подверглись засвечиванию, будут являться печатными элементами. Далее заготовку помещают в ванну с кислотным раствором, в котором происходит вымывание пробельных элементов, или заготовка штампа устанавливается на вращающуюся подставку в машине, содержащей кислотную ванну. Кислота распыляется на заготовку во время се вращения, воздействуя равномерно на не подвергнутые облучению поверхности материала. Эти поверхности затем протравливаются, чтобы проявить изображение. После этого заготовку промывают под проточной водой и сушат. Если нужно, то можно произвести дополнительное фрезерование. Обычно наиболее часто (при работе на стали и меди) используется соляная кислота. Магний и цинк разрушаются азотной кислотой.

На участках заготовки штампа, которые содержат позитивные рельефы, поверхности, окружающие изображение, фрезеруют на глубину от 1 до 1,5 мм.

Металлы взаимодействуют с кислотой с различными скоростями. Травление кислотой наиболее эффективно для создания штампов, сделанных из металлов с высокой химической активностью, и наоборот, если металл имеет слабую химическую активность, процесс травления может оказаться медленным и дорогостоящим. По химической активности металлы располагаются, начиная с наиболее активного, в следующий ряд: магний, алюминий, цинк, сталь, латунь, медь.

Можно выделить следующие особенности обработки штампов кислотным травлением:

1) все металлы, используемые для создания штампов, могут быть протравлены. Это сталь, медь, латунь, магний и цинк;

2) кислота воздействует на штамп, протравливая под углом между 15° и 30°. Чем выше скорость кислотной струи, тем более острый угол разрушения. Точно так же, чем дольше процедура распыления кислоты, тем больше металла вступает во взаимодействие и больший угол подчеркивается;

3) глубина (высота) рельефа находится в диапазоне от 0,25 до 0,3 мм Допуски на глубину (высоту) — приблизительно 0,05 мм;

4) кислотное травление может использоваться для создания высо­кокачественных (мелких, тонких) изображений в твердых материалах. Однако трудно протравить линии малой ширины в более мягких материалах;

5) травление может быть произведено быстро в магнии (от 5 до 10 мин); при травлении других металлов требуется больше времени (1 – 1/2 ч).

Продолжительность травления зависит от твердости материала и степени насыщения кислотной ванны. В отличие от других методов гравирования, на время изготовления не влияют размеры изображения.

Области применения кислотного травления. Кислота воздействует па металлический штамп равномерно, обеспечивая хорошее протравливание одноуровневых изображений. Травление широко используется для получения текста, особенно при блинтовом тиснении. Путем повторения процедуры экспонирования можно провести корректурное травление того же самого штампа и создать многоуровневые текстуры. Этот способ также позволяет получить основное изображение с целью последующей доработки его вручную.

Гравирование с использованием машины с пантографом. Гравер может использовать пантограф для копирования контуров шаблона, таким образом воспроизводя его в желаемом масштабе на плоской или вогнутой матрице. Изображение увеличивается на масштабный коэффициент, равный двум или более. Шаблон изготавливается на цинковой матрице кислотным травлением. Для этого типа гравирования обычно используется латунь.

Дубликатные штампы используются только для холодного тиснения. Оригиналы и дубликатные штампы ни при каких обстоятельствах не могут использоваться в машине одновременно.

Фотополимерные штампы. Фотополимерные штампы для тиснения и их матрицы производятся с использованием фотографического процесса и точно соответствуют друг другу [15].

Вначале изготавливается позитивная пленка с размещенными на ней изображениями. С этой пленки получают негативную пленку оригинала. Основа для штампа подвергается экспонированию с негатива оригинала, затем вымывается и высушивается.

Матрица должна быть слегка более узкой, чем оригинал. По этой причине позитивная пленка оригинала с размещенными на ней изображениями не может использоваться при изготовлении матриц. Для этого процесса применяется негативная пленка матрицы, произведенная с негатива оригинала.

В том случае, если негативная пленка матрицы содержит линии малой ширины, которые могут исчезнуть в течение процедуры экспонирования, делают более широкий негатив по сравнению с оригиналом. Оригинал штампа с несколькими изображениями может иметь формат, равный формату листового тигельного пресса Альтернативно работа может быть выполнена с использованием нескольких оригиналов, каждый из которых несет одно изображение меньших размеров. Такие оригиналы применяются совместно с режущими линейками для высечки.

Фотополимерный штамп имеет одноуровневый рельеф и используется для конгревного тиснения или выполнения комбинированных операций конгревного тиснения и высечки.

Исторически в нашей стране самым популярным материалом для изготовления клише является цинк. Это объясняется традиционным его использованием в качестве материала для форм высокой печати, которая еще не так давно была основным способом тиражирования. Цинк покрывают фоторезистом, контактным способом наносят изображение и травят в специализированной машине. В последние годы существования высокой печати цинковые клише активно вытеснялись фотополимерными, что было связано как с простотой изготовления полимерных клише по сравнению с цинковыми, так диктовалось и экологическими соображениями (продукты травления цинка весьма дорого утилизировать, так как этот металл относится к категории тяжелых, опасных для здоровья человека). Тиражестойкость цинковых штампов составляет 20 тысяч оттисков.

Являясь сравнительно мягким металлом, цинк, как правило, выдерживает при тиснении до нескольких десятков тысяч оттисков. Первыми деформируются тонкие линии, становясь шире, затем они становится «рваными» и пропадают вообще. Кроме того, случается подача двойного листа, что является критическим для мягкого цинка — клише при этом деформируется. К отрицательном моментам относится и небольшая толщина цинковых клише, составляющих 1,5 – 2 мм. Реальная разрешающая способность цинка — порядка 0,1 мм. Основным достоинством цинковых клише является их относительная дешевизна. Используют их, главным образом, для плоского тиснения фольгой и для блинтового тиснения на ручных прессах.

Наиболее приемлемым и технологичным материалом для изготовления клише для малых и средних тиражей (порядка 50 000 оттисков) является магний. Магний — легкий, среднетвердый, легко обрабатываемый малотоксичный материал. Технология работы с ним аналогична травлению цинка. Утилизация отходов травления магния обходится существенно дешевле утилизации отходов травления цинка, что, даже при более высокой цене на листы магния по сравнению с цинком, позволяет изготавливать тонкие магниевые клише толщиной 1,7 мм Лучшая тиражестойкость и разрешающая способность магния (порядка 0,01 мм) позволяет заказчику отдавать предпочтение именно этому металлу. Возможно и глубокое травление до 3-х мм толстых листов магния (6,35 мм). Такие клише подходят для работы и на всех плоскопечатных автоматических прессах, a также для тиснения на мягких материалах вплоть до толстой кожи.

Магниевые клише пригодны, в основном, для плоского и блинтового тиснения. В ряде случаев двойным травлением пластин магния толщиной 6,35 мм получают клише для одноуровневого конгрева с фольгой. При ручной догравировке таких пластин получают клише для многоуровневого конгревного тиснения. Однако применение магния для конгрева является скорее исключением, чем нормой. Дело в том, что общим правилом для высококачественного тиснения всех видов является развиваемое прессом давление не менее 155 кг на 1 см² площади тиснения. Магний, а в большей мере цинк, не выдерживают такого давления на реальных тиражах при конгревном тиснении.

Твердость латуни является одним из факторов, определяющих ее выбор в качестве материала для конгревных клише. Ее тиражестойкость — несколько сотен тысяч оттисков. Поскольку латунь является сплавом металлов, то она весьма ограниченно поддается травлению. Этот факт определяет основной способ обработки латуни — гравировку Хорошая гравировальная латунь содержит порядка 60 % меди и, кроме олова, имеет добавки свинца для уменьшения вязкости. Способ обработки во многом определяет стоимость конечного изделия — гравировка существенно дороже травления, поэтому латунь, как правило, используется исключительно для изготовления клише для многоуровневого конгревного тиснения [16].

Наиболее важная характеристика материала — его твердость. Это свойство имеет большое влияние на выбор процесса гравирования и диктует срок службы штампа. Чем больше твердость штампа, тем более он подходит для периодически повторяющихся крупносерийных производств. Однако срок службы штампа будет также зависеть от используемой машины и типа работы (большие сплошные области, мелкие детали и т. д.). Например, штампы со многими резкими остроконечными кромками будут изнашиваться быстрее, чем состоящие из больших плоских поверхностей.

Нередко граверы у нас в стране изготавливают латунные клише и для плоского тиснения. Минусы этой технологии по сравнению с травлением:

· высокая себестоимость;

· зависимость качества клише от мастерства гравера;

· невозможность точного повторения одного и того же изображения;

· большее время изготовления клише.

Общепризнанными в качестве наилучших клише в своем классе являются медные клише. Они наиболее тиражестойки (порядка 700 тысяч оттисков без растискивания тонких линии), разрешающая способность составляет до 0,001 мм, медь является отличным проводником тепла и обладает большой теплоемкостью (по сравнению с цинком, магнием, латунью), что позволяет уверенно работать на скоростях до 10 000 оттисков в час. Благодаря специфической обработке при изготовлении медного листа достигается большая твердость металла и уменьшение коэффициента термического расширения вдоль поверхности до 0,15 %. Все эти факторы определяют выбор профессионалов во всем мире в пользу меди.

Медные клише применяются для всех видов тиснения. Однократным травлением и последующей фрезеровкой пробельных элементов изготавливаются клише толщиной 6,35 мм для плоского и блинтового тиснения.

Методика двойного травления позволяет производить клише для одноуровневого конгрева с фольгой. Применяемая медь достаточно легко режется штихелями. Поэтому на этой меди можно, в ряде случаев, изготавливать клише многоуровневого конгревного тиснения, комбинацией методов травления, фрезеровки и ручной обработки штихелями

Сталь имеет достаточно высокую твердость. Изготовленные из нее штампы используется для печатания больших тиражей в полиграфической промышленности. Могут выдерживать износ, производимый вторичной бумагой.

Латунь тяжелее протравить, так как это — сплав меди и цинка, а эти два элемента взаимодействуют с различными кислотами. Она остается чистой и гладкой дольше, чем медь. Латунь можно полировать для уменьшения любого поверхностного повреждения (износа).

Медь — лучший проводник тепла. В некоторых странах из нее изготавливают около 80 % штампов.

Магний легко повреждается, и символы увеличиваются по ширине из-за износа штампа. Он летучий и огнеопасный, плохой проводник тепла. Подвержен коррозии после 4 или 5 месяцев хранения. Может многократно использоваться, если хорошо упакован и защищен.

Цинк имеет такие же характеристики тиснения, как и магний, но они менее четко определены. Область применения ограничена.

Бакелит — плохой проводник тепла, он используется при низких температурах. Большие штампы могут деформироваться,

Фотополимер плохо проводит тепло, может применяться при низких температурах. Большие штампы имеют тенденцию деформироваться.

Обычно штампы изготавливаются из листовой латуни марки ЛС-59-1 (ГОСТ 15527-70), дюралюминия марки ДГ16ТН (ГОСТ 4784-74), стали марок У8А и У9А (ГОСТ В 1435-74) с гладкой шлифованной поверхностью.