Ротационная высечка, или Гибкие решения для твёрдых материалов*

У гибких и литых высекальных штампов свои преимущества, но плоские клише теснят литые валы даже на их традиционных рынках.

Для этикеточной промышленности вырубной инструмент имеет первостепенное значение — с его помощью этикеткам придают нужную форму. Есть две разновидности высекальных штампов — литые и гибкие. Хотя доминируют (на рынке США — прим. ред.) первые, рост популярности вторых очевиден.

Ротационные вырубные инструменты делаются из стали разных марок. «Для вырубных валов применяется несколько сортов инструментальной стали, в зависимости от специфики и технологии обработки», — объясняет вице-президент по продажам RotoMetrics Гэри Смит.

Штамп изготовляют в несколько этапов. «Сначала стальную заготовку обтачивают на фрезерном станке c ЧПУ. После термической обработки, при которой сталь достигает нужной прочности, вал шлифуется до нужного диаметра (допуск соответствует спецификациям заказчика)», — рассказывает менеджер по продажам Action Rotary Die Боб Потратц.

Помимо станков с ЧПУ, применяют метод электроэрозионной обработки. По словам президента и генерального директора Gerhardt USA Билла Райхарда, компания использует обе методики: «При обычном способе (ЧПУ) режущие кромки формируют на фрезерном станке. Во втором случае закалённая сталь удаляется электроэрозионным методом. Этот процесс точнее и справляется со сложной геометрией».

Заточка

У компаний разные подходы к заточке вырубных валов. «Мы предпочитаем проверенную ручную заточку твёрдосплавным инструментом. Нужный угол режущей кромки с учётом высекаемого материала мастер задаёт с помощью стереомикроскопа», — объясняет Потратц.

Менеджер направления Atlas Chem Milling Тим Бассард рассказывает, что в компании только 5% штампов затачивается вручную, остальные — на фрезерных станках с ЧПУ: «Конечно, новичков мы обучаем ручной заточке, но с переходом на ЧПУ эту программу свели к минимуму. Но пока остаются ученики, есть и преподаватели».

Некоторые компании подбирают технологию в зависимости от заказа. «Мы определяем эффективный метод обработки, ориентируясь на специфику и высекаемый материал, — говорит Смит. — Ведём обширную базу данных по использованию штампов и проверяем правильность подбора стали, угла режущей кромки и финишной обработки».

Даже при машинной заточке часть операций иногда выполняется вручную. «Для заточки штампов мы используем машины с числовым управлением, но завершающие операции, в т. ч. подрезка кромок, ручные», — делится опытом президент Schober USA Карл Шобер.

Райхард считает, что ручная заточка популярнее: «На машинную приходится не более 5% продукции. Основная часть производителей не в состоянии придерживаться жёстких допусков, необходимых при машинной заточке». В его компании машинную обработку проходят все гибкие штампы и лишь часть литых.

Региональный менеджер по продажам American Die Technology Севки Эргун согласен, что ручная заточка распространена шире: «С её помощью изготавливается гораздо больше штампов, особенно неправильной формы. Машинную и лазерную чаще применяют для штампов под высечку этикеток стандартной формы, по мере совершенствования технологий их использование будет расти».

В Wilson Manufacturing вручную затачивается 60% ротационных штампов. Вице-президент по продажам Вейд Фаутс добавляет, что компания постоянно обучает персонал ручной заточке — полный курс обучения занимает около года: «Тренинги проводятся непрерывно, ибо на смену ушедшему работнику невозможно нанять кого-то со стороны и за пару недель обучить».

Все штампы со временем тупятся: их перезатачивают или утилизируют. Гибкие клише перезаточке не подлежат, и по мере износа их заменяют. Для литых штампов не определено чёткого количества перезаточек, но процесс не бесконечен. «Обновление ограничено потому, что при перезаточке снимается слой стали, диаметр каждый раз становится меньше. Так как вырубные штампы приводятся в движение шестерёнчатыми передачами, есть механические ограничения: при уменьшении диаметра до определённого значения начинаются проблемы с натяжением полотна», — объясняет Эргун.

Количество перезаточек зависит и от условий работы. «При правильных эксплуатации и складировании литых штампов их перезатачивают по 4-5 раз. Нарушения правил, влекущие повреждения вырубного вала, сокращают срок его работы», — подчёркивает Смит.

Литые и гибкие

В США литые штампы по-прежнему популярнее гибких, но вслед за Европой вторые начинают приживаться в этикеточных типографиях. «В Европе направление гибких штампов разрабатывалось последние 15 лет и составляет до 80% всего рынка вырубных валов. В США соотношение обратное — 20% к 80%, но гибкие штампы становятся популярнее в этикеточной промышленности», — объясняет Райхард.

Гибкие штампы укрепляют позиции по нескольким причинам. «Технология совершенствуется и начинает соответствовать более жёстким требованиям, — говорит Смит. — Раньше гибкими штампами высекали самоклеящиеся этикетки для последующей запечатки на принтерах и ручного этикетирования. Теперь с их помощью делают этикетки из широкого ассортимента бумаги и плёнки, а готовая продукция автоматически наносится машинами на высокой скорости».

Помимо совершенствования технологии гибких штампов, немаловажную роль в популяризации играет цена. По словам исполнительного вице-президента Kocher + Beck USA Фрэнка Хассельберга, стоимость гибкого штампа не превышает 30-50% стоимости литого, плюс экономия на транспортировке и хранении. По оценке Смита, цена гибкого штампа в 3-4 раза ниже. Райхард считает, что цены на гибкие штампы на 75-80% меньше, чем на литые.

Эргун напоминает, что при выборе штампа нужно принимать во внимание не только первоначальные затраты: «Измерить разницу в цифрах сложно, ибо срок эксплуатации гибких штампов меньше, а затупившийся инструмент просто выбрасывают. Не стоит забывать о дорогостоящем магнитном цилиндре соответствующего диаметра. Гибкий штамп лишь на треть дешевле литого, но и служит на треть меньше. Это хороший вариант при работе с простыми для высечки материалами и короткими тиражами».

Директор по маркетингу и продажам Bunting Magnetics Майкл Уилкс оценивает затраты на магнитные цилиндры в 700-800 долл. за небольшой высокого качества и 5-7 тыс. долл. за крупноформатный: «Мы делаем их из углеродистой и нержавеющей стали, латуни (запатентованная технология), предлагаем широкий ассортимент магнитов и магнитных систем, изготавливаемых с учётом специфики заказа».

Дэвид МакИчерн из T. D. Wright добавляет: «Простейшие магнитные цилиндры для узкорулонной печати стоят до 1000 долл., а стоимость крупноформатных сложных вариантов типа штамп/контрштамп доходит до десятков тысяч. Конструкционно решения похожи, поэтому если обычный вырубной вал стоит дорого, то и магнитный цилиндр того же размера дешевле не будет».

Стоимость магнитного цилиндра вместе с гибким штампом выше цены литого, но с течением времени затраты снижаются. «Первый магнитный цилиндр по цене равен двум (а то и трём) литым инструментам, но после его приобретения докупать приходится только недорогие гибкие штампы. После 4-5 штампов это становится выгодным», — объясняет Уилкс.

Гибкие штампы становятся популярнее, но продолжают широко использоваться и литые валы. «Наблюдается постепенный переход с литых вырубных валов на гибкие штампы, хотя объёмы производства литых инструментов не падают. Гибкие подходят не всегда — в некоторых случаях литые штампы эффективнее», — говорит Смит.

По мнению МакИчерна, существенное преимущество литых — выгодность использования на сверхбольших тиражах с постоянным рисунком, оправдывающая их длительное изготовление и стоимость спецзаказов.

Региональный менеджер Lederie Machine по продажам Пол Янг добавляет: «Литых штампов станет меньше, хотя системы с магнитными цилиндрами подходят не всем». Он признаёт, что гибкие штампы дешевле и в ряде случаев оптимальнее: «От заказчиков всё чаще приходится слышать, что расходы на инструменты производитель этикеток должен брать на себя. Это исключает литые штампы по цене, особенно для небольших тиражей этикеток».

Впрочем, иногда литые штампы выбирают именно с учётом ценовой политики. «Для каждого формата штампа нужен отдельный магнитный цилиндр — без этого не будет нужной гибкости», — аргументирует Фаутс. Со множеством штампов разного размера дополнительные затраты на магнитные цилиндры могут стать решающими.

«У литых инструментов ряд преимуществ. Главный — перезаточка и больший срок эксплуатации. А для высечки плотных и многослойных материалов можно увеличить длину лезвия», — говорит Смит.

«Заказчиков литых штампов привлекают их долговечность и возможность обновления. Как правило, восстановлению подлежит даже щербатое лезвие, что немаловажно для дорогого инструмента. А вот про восстановление плоских штампов мне слышать не приходилось», — комментирует Янг.

Цена — явное преимущество гибких штампов, но есть и другие. «Они легки и удобны в работе, не занимают много места. Их можно быстро и недорого доставить в любую точку земного шара. Срок изготовления — один день вместо 3-4 для литого вала. Гибкие штампы — это оперативная перенастройка между тиражами. Затупившийся инструмент просто меняют и вновь приступают к работе», — расставляет акценты Райхард.

«Освоив магнитные технологии, предприятие сможет максимально оперативно выполнять срочные заказы», — соглашается МакИчерн.

Сложности

В работе с ротационным инструментом, как и везде, свои сложности. Одна из главных — донести до операторов необходимость осторожного с ним обращения. «Несмотря на грозный внешний вид, штамп легко повредить даже кольцом на пальце. Масса литых штампов приходит на перезаточку не тупыми, а сколотыми, — делится опытом Фаутс. — Когда мы неоднократно получаем повреждённые инструменты от одного заказчика, связываемся с ним и даём необходимые консультации». Справиться с проблемой помогают семинары, где рассказывают о правилах эксплуатации и транспортировки штампов.

Хассельберг считает, что формы высекальных штампов становятся сложнее: «Раньше были лишь круги и прямоугольники, а теперь — всё, что угодно. Сложности возникают и с высекаемым материалом. Если заказчик решает опробовать новый материал, мы выполняем тестовую высечку, чтобы определить оптимальный угол лезвия. Иногда достаточно сменить материал, и проблемы исчезают».

Президент Electro Optic Маркус Марфурт согласен, что не все материалы одинаковы — плёнку сложнее высекать, чем бумагу. А Потратц считает, что иногда важнее не тип материала, а его толщина: «Высекать тонкие материалы с тонким лайнером проблематичнее, чем работать с композитными и абразивными поверхностями».

Ресурс

Продлить жизнь вырубному инструменту можно несколькими способами. «Он прослужит дольше, если при высечке выдерживать минимальное давление, — делится опытом Эргун. — Прижим должен быть одинаковым по обеим сторонам на протяжении тиража, чтобы износ был равномерным».

Для дополнительной износостойкости на штамп можно нанести специальное покрытие. По словам Бассарда, оно защищает вырубные валы и от коррозии.

Марфурт считает, что от покрытия во многом зависит срок эксплуатации штампа. Поскольку штампы делаются из металла одного вида, оно сможет заметно продлить их ресурс. «С покрытием Electro Optic срок службы инструмента возрастает в 3-5 раз», — уверен он. С ним не согласен Шобер: «Мы не верим в покрытия и предлагаем, как максимум, антиадгезионные. Износостойкие покрытия на штамп у нас не наносят. Это слишком дорого, учитывая материал, а никаких гарантий, что штамп прослужит дольше, нет. Более того, не исключены проблемы с заточкой, ведь придётся дополнительно снимать и покрытие. Вместо него проще выбрать для штампа другой материал».

«Подлить срок эксплуатации штампа помогает криогенная обработка инструментальной стали (метод сверхнизких температур). Штамп обрабатывается при изготовлении, а эффект постоянен, в отличие от покрытия, которое приходится снимать и наносить заново при перезаточке. Основные преимущества криогенной технологии — увеличение прочности, стабильность размеров на уровне микроструктур, улучшенная износостойкость, снятие остаточных напряжений», — рассказывает Потратц.

«Распространённый способ обработки поверхности — хромирование, увеличивающее срок службы штампа даже при работе с абразивными материалами типа термобумаги, — объясняет Райхард. — Прочная, износостойкая хромированная поверхность защищает штамп от коррозии».

Затупившиеся гибкие штампы выбрасывают, но их ресурс постоянно растёт. «Долговечностью жертвуют ради гибкости, но разрыв между ними сократился и станет ещё меньше. Многие вырубные пластины свободно выдерживают миллионы циклов”, – говорит МакИчерн. – Зато магнитные цилиндры чрезвычайно долговечны. Их магнитное поле вообще не исчезает (срок его полноценного функционирования – 700 000 лет) , так что проблемы возникают лишь из-за износа и физических повреждений».

* Печатается с разрешения журнала Label & Narrow Web, www.labelandnarrowweb.com.

От первого лица

Гибкие магнитные ножи — самый подходящий инструмент для вырубки этикетки. Практика и простой расчёт показывают: в отличие от литого вырубного вала, инвестиции в приобретение магнитного, как правило, окупаются уже с третьим или четвёртым заказанным гибким штампом. Стоит принять во внимание и сроки доставки, низкую стоимость транспортировки и хранения, лёгкость установки ножа при смене тиража. Срок окупаемости становится ещё меньше, экономия возрастает.

Стоимость нового гибкого штампа меньше затрат на перезаточку литого вырубного вала. Обычно валы рассчитаны на 2- или 4-кратное восстановление режущих кромок в зависимости от категории вала. Что касается гибких ножей, чей ресурс может вызвать сомнение на больших тиражах, то даже два одинаковых плоских штампа обойдутся дешевле, чем литой вал и его восстановление. Избавляясь от ремонта изношенных вырубных валов и транспортных расходов на их доставку, типография экономит заметные деньги и время.

Дополнительное преимущество — стандартизованный прайс-лист на гибкие штампы и магнитные валы. Gerhardt, например, разработала систему приёма заказов через Интернет. Преимущества очевидны: круглосуточное размещение заказа, немедленное поступление в производство. Время экономит и сразу рассчитанная при оформлении заказа стоимость.

Современные технологии позволяют производить высекальные пластины в течение одного рабочего дня: если заказ получен в понедельник, то, с учётом доставки в Москву, готовый нож будет поставлен в тираж уже в среду. Срок изготовления заказа — 48 часов, независимо от их размера.

Важный компонент — жёсткие допуски на изготовление магнитных валов и гибких ножей. Ведь типография должна иметь возможность одновременно использовать валы и ножи разных поставщиков. Например, Gerhardt гарантирует допуск ±0,002 мм на толщину пластины, изначально изготавливаемой немного толще заданного размера и шлифуемой с обратной стороны для соответствия допускам. Допуск на диаметральный воздушный зазор магнитного вала (разница между диаметрами опорных колец и рабочей поверхности вала) ±0,002 мм.

Вот несложный расчёт зазора. Для полуглянцевой бумаги, имеющей подложку 0,055 мм, используется вырубной нож калибром 0,440 мм и магнитный вал с зазором 0,480 мм. Режущие кромки ножа сжимают бумажную подложку на 0,015 ±0,004 мм (без учёта допуска на подложку). Силиконовый слой не прорубается, на нём остаются только следы.

При смене подложки возникает необходимость смены калибра ножа. Чем она толще, тем тоньше пластина, и наоборот. Одно из решений — адаптация вырубного инструмента к толщине подложки с помощью «плюсовых» и «минусовых» валов противодавления. Это требует времени, к тому же типографии с недоверием относятся к методу, опасаясь ошибок персонала при выборе пары опорный вал (вал противодавления)/гибкий нож и толщины пластины.

В ассортименте Gerhardt — устройство Drop Setter, поворотом рукоятки перемещающее вверх вал противодавления: изношенная вырубная пластина может использоваться дольше обычного. При сдвиге вниз вырубной нож работает с более толстыми подложками.

Гибкие пластины не уступают вырубным валам, обеспечивая точность размеров этикеток в пределах ±0,02 мм. Основа — автоматизация всех стадий производства, позволяющая существенно превзойти результаты ручной заточки (предел квалифицированного заточника — не более ±0,1 мм). Современное оборудование способно создавать режущие кромки на минимальном расстоянии 0,6 мм, изготавливать непрерывные периферийные кромки для продольной резки (расшивки) полотна. Развитие технологии — процесс непрерывный, сегодня 99% работ по вырубке и обработке этикеток выполняется гибкими вырубными пластинами. Завтра это будет 100%.

Светлана Мамаева (info@wasberger.com.ru), генеральный директор российского представительства Wasberger, эксклюзивного представителя Gerhardt в России; Томас Олофссон (tolofsson@gerhardt.net), руководитель департамента Gerhardt по экспорту в Северной и Северо-Восточной Европе

НАШИ

В России флексография достигла зрелого возраста, а самое главное — появились крупные заказчики этикеточной продукции с большими тиражами. И у типографий появился интерес на литые штампы. На длинных и повторяющихся тиражах они выгодней высекальных пластин и удобней в работе. Мы, как поставщики ротационного инструмента, видим, что печатники стали внимательнее относиться к расчётам заказов и выбору пластина/цилиндр. И делают выбор в пользу последнего. Тенденция отмечена не только у крупных производителей этикетки, но и на производствах, имеющих 1-2 машины. Но процесс только начинается: пока на долю цилиндров в России приходится не более 5% заказов от печатных производств.

Андрей Семичев (uv-service@mail.ru), генеральный директор компании UV-Service

Прежде чем перейти к собственному производству, мы неплохо изучили американский рынок вырубных ротационных штампов, где преобладают цельные валы. Замечу, что в Европе, не говоря о России, обстановка иная, и, не углубляясь в корни вопроса, соглашусь с прогнозами цитируемых в статье уважаемых людей: ситуация у нас вряд ли станет «американизироваться», двигаться в сторону преобладания цельностальных вырубных валов над гибкими вырубными штампами. Валы у нас — явление редкое, как и огромные повторяющиеся тиражи в одной типографии, в отличие от США. А учитывая отсутствие производства вырубных валов в России (нет рынка — нет и производства), срок и затраты на их получение и, как верно указано в статье, лёгкость порчи при неаккуратном обращении, у потребителя нет выбора. Хотя валы и имеют свои преимущества. Известны случаи их предпочтительного использования при производстве непрерывных картонных изделий, например, бонусных билетиков в детских игровых автоматах.

Андрей Захаркин (info@firmaprint.ru), директор компании «Принт-Типография»