印刷过程中油墨温度场的分析.docx

摘要油墨作为印刷生产中的重要材料之一，它的特性如何很大程度上决定着产品的印刷质量。油墨的多种特性中，粘度又是最为重要的。而在实际生产中，影响油墨粘度最为明显的因素就是温度。温度高时，油墨分子相对移动能力增强，油墨的粘度下降；温度低时，油墨分子内聚力强，油墨的粘度上升。因此，通常温度增高，油墨变稀，温度降低，油墨变稠。本课题中，通过ANSYS CFX建立油墨流动仿真模型，提取数据，分析温度变化；随后通过对油墨印刷适应仪进行多组模拟印刷实验，用温度枪和红外热像仪测量墨辊表面温度数据，记录并处理数据，分析油泵压力、墨辊转速对油墨温度上升的影响，得出结论，并与仿真的结论进行对比分析，掌握油墨温度变化机理以及油墨温度场变化的特性，从而对实际生产提供理论依据。关键词：印刷；油墨；粘度；温度AbstractInk, as one of the important material in the production of printing, how its features to a great extent determine the print quality of the product.A variety of features of ink, viscosity is the most important.In the actual production, factors affecting ink viscosity is the most obvious is the temperature.At high temperature, the ink molecules relative mobility enhancement, ink viscosity decreased;At low temperature, strong molecular cohesion ink, ink viscosity rise.Often, therefore, higher temperature, ink is thinning, temperature is reduced, ink thicken.This topic, provided by ANSYS CFX ink channel simulation model is set up, extract the data, the analysis of temperature change;Then through the ink printing to adapt to the instrument to multiple sets of simulation experiment, the temperature gun and infrared thermal imager was used to measure the ink roller surface temperature data, record and process the data, analysis the influence of various factors on the ink temperature rise, come to the conclusion, and compared with the conclusion of simulation analysis, grasp the ink temperature change mechanism and the characteristics of ink temperature field changes, so as to provide theoretical basis for practical production.Key words: printing；printing ink；viscosity；temperature目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1课题的意义11.2课题的背景11.2.1 油墨的性质11.2.2 油墨温度对印刷的影响21.2.3 热传递规律21.3研究目标31.4技术路线41.5课题研究内容41.5.1 ANSYS CFX仿真分析41.5.2 印刷过程中油墨温度场的变化4第2章 ANSYS仿真52.1 油墨流动模型52.2 网格划分52.3 CFX-Pre 前处理62.3.1 库设定62.3.2 计算域设定72.4 边界条件设定92.4.1 Inlet入口边界条件92.4.2 Outlet出口边界条件102.4.3 Wall壁面边界条件112.5 初始条件设定142.6 求解器设定152.7 CFX-Post后处理152.8 总结17第3章 实验183.1实验器材183.1.1 YQ-M-4A油墨印刷适应仪183.1.2 FLUKE Ti55 便携式红外热像仪19 3.1.3 红外线温度计（温度枪）213.2 实验方案223.3 实验数据233.3.1 温度数据233.3.2 温度云图263.4 数据处理283.4.1 压力的影响283.4.2 油墨的影响303.4.3 转速的影响33 3.5 总结35结论37参考文献38致谢39第1章 绪论1.1 课题的意义我国印刷业历史悠久，内部细分行业众多，涉及出版业、包装业、纸制品业、塑料业、电子业等，其产品用于国民经济生活的各大领域。随着社会的发展和社会生活的进步，印刷业不断发展壮大，并逐渐形成了一个以知识化、信息化为主要内容的并能影响国际竞争力的产业经济体系。在2012年5月举行的第三届绿色印刷技术交流会上，新闻出版总署印刷发行管理司司长王岩镔指出，我国印刷业总产值占全国新闻出版业总产出的60.7%，占我国文化产业总产出的20%左右。当前，印刷业已经成为我国文化产业发展的主力军。 油墨作为印刷生产中的重要材料之一，它的特性如何很大程度上决定着产品的印刷质量。而印刷质量与油墨粘度的大小有关，在油墨粘度合适的前提下，粘度大一点对油墨的转印和网点都有好处1。油墨粘度的大小主要是由油墨本身的组成所决定的，如对于使用同一种颜料的油墨，连结料的粘度越高，油墨的粘度也就越高。再如，油墨的粘度与颜料和填充料的颗粒大小、用量以及分散状况有关。对于采用同一种连结料的油墨来说，如果颜料和填充料用量相同，则颜料和填充料的颗粒越大，制成油墨的粘度越低，反之，粘度越高。颜料和填充料在同一种油墨连结料中分散得越好，油墨的粘度越低，反之越高。颜料和填充料的用量比例越大，粘度越高，反之则越低2。这些因素的总和形成了油墨粘度的差异。在这些条件确定的情况下，影响油墨粘度的主要因素为温度3。 温度对油墨的影响主要表现之一是在油墨的粘度上。温度高时，油墨分子相对移动能力增强，油墨的粘度下降；温度低时，油墨分子内聚力强，油墨的粘度上升4。因此，通常温度增高，油墨变稀，温度降低，油墨变稠。根据油墨的种类不同，很小的温度差就会使油墨的粘度发生很大的变化5。印刷油墨的粘度，从印刷适性的角度看是造成事故的最大因素。 因此，考虑到油墨性质对印刷质量的影响，本课题的研究在印刷实际生产中具有指导意义。1.2 课题的背景1.2.1 油墨的性质在印刷品的复制过程中，需要通过油墨来表现图像和文字，因此，印刷品的复制对油墨也提出了多方面的要求。如在印刷过程中，油墨的各个传递过程都必须能被控制；油墨必须能短时间内干燥或者固化，以适应高速印刷；油墨必须适应大范围的承印物，如纸张、纸板、塑料、金属等。而这些性能，往往都与油墨本身的流变学特性相关6。油墨在印刷过程中要经历从墨槽到墨斗，从墨斗到墨辊，从墨辊到印版，从印版到承印物以及在承印物表面固着等一系列过程，期间，油墨主要有两种行为：一是油墨在剪切应力作用下，做粘性流动，产生变形，这时油墨呈液体行为，即表现为粘滞性流动特征；二是在非常短暂的近于冲击力的作用下，油墨产生变形及断裂，这时油墨的弹性效应不可忽视，呈现固-液双重行为，即粘弹性断裂特征7。常见的有关油墨流变学特性包括以下几个方面：粘度、触变性、流动性等，各种流变学特性综合决定了油墨本身的印刷适性，而这其中最重要的，莫过于油墨的粘度8。1.2.2 油墨温度对印刷的影响温度高时，油墨分子相对移动能力增强，油墨的粘度下降；温度低时，油墨分子内聚力强，油墨的粘度上升9。因此，油墨的温度直接影响着油墨的粘度，而油墨的粘度对印刷质量影响很大。粘度过高，印刷过程中油墨易转移不均，油墨和纸张分离时所产生的拉力有可能把纸张上的纤维拉下来而留在印版或橡皮布上，造成纸张拉毛现象，使得版面发花；粘度过低，油墨容易乳化、起脏，影响印刷品的质量，并且容易造成印刷品网点扩大现象，网点不清晰，层次不饱满等10-11。在印刷过程中对油墨粘度的要求，取决于印刷速度、纸张结构、周围环境中温湿度的变化等因素。可以说，油墨的粘度既与其自身的配方相关，也与其所处的外界条件有关。1.2.3 热传递规律 传热是一种复杂现象。从本质上来说，只要一个介质内或者两个介质之间存在温度差，就一定会发生传热。我们把不同类型的传热过程称为传热模式。物体的传热过程分为三种基本传热模式，即: 热传导、热对流和热辐射12。 热传导，指在物质在无相对位移的情况下，物体内部具有不同温度、或者不同温度的物体直接接触时所发生的热能传递现象13。固体中的热传导是源于晶格振动形式的原子活动。非导体中，能量传输只依靠晶格波（声子）进行；在导体中，除了晶格波还有自由电子的平移运动。我们知道，所有物质都是由基本的分子或者原子构成的。只要物体有温度，分子（原子）就处在不停的运动当中。温度越高，分子的能量也就越大，也就是说振动的能量越大。当临近的分子发生碰撞时，能量就会从能量高的分子向能量低的分子传输。从而，当存在温度梯度时，通过导热的能量传输总是向温度降低的方向进行。热传导遵从的宏观规律是傅里叶定律。根据这个定律，由系统内温度分布不均匀引起的在dt时间内流过面积元dS的微热量为：dQ=(r)(2T/2n)dSdt （1-1）式中：r是确定面积元dS位置的径矢；(2T/2n)表示r处沿dS法线方向的温度梯度；负号说明热量总是沿着温度减小的方向进行；(r)表示r处系统的热导率，它的数值反映该种物质传递热量的本领。热导率是温度的函数，在一个温度分布不均匀的系统中，它随径矢而改变14。 热对流，又称对流传热，是指由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程15。对流传热可分为强迫对流和自然对流。强迫对流，是由于外界作用推动下产生的流体循环流动。自然对流是由于温度不同密度梯度变化，重力作用引起低温高密度流体自上而下流动，高温密度流体自下而上流动。 温度为t0的流体流过一个温度为tw（大于t0）的物体时，流体的温度从物体表面温度tw变化到t0的过程发生的物体表面附近的薄层内，薄层的厚度取决于流体的性质及其运动特征。流体运动越湍急，此温度边界层越薄，正是在此边界层内发生的热传导和对流，使热量从物体表面传递向流体。实验表明，对流传热过程中物体从流体获得（或放出）的热量Q与物体的表面积A、时间和它与流体之间的平均温度差为t=twt成正比，故有牛顿冷却定律：Q=tA （1-2）式中：比例系数叫作放热系数，tw和t分别是物体表面和流体的平均温度。热辐射，是一种物体用电磁辐射的形式把热能向外散发的传热方式16。它不依赖任何外界条件而进行，是在真空中最为有效的传热方式。不管物质处在何种状态（固态、气态、液态或者玻璃态），只要物质有温度（所有物质都有温度），就会以电磁波（也就是，光子）的形式向外辐射能量。这种能量的发射是由于组成物质的原子或分子中电子排列位置的改变所造成的17。1.3 研究目标通过对胶版印刷过程中的油墨温度场分析，掌握油墨温度变化机理，影响油墨温度变化的各种因素，以及油墨温度场变化的特性，从而对实际生产提供理论依据。1.4 技术路线1.5 课题研究内容1.5.1 ANSYS CFX仿真分析本课题中利用ANSYS CFX强大的功能，建立油墨流动仿真模型，能够较准确的建立油墨传递仿真系统，求解分析提取数据，得到温度云图，通过观察结果云图，可更直观的了解墨辊表面不同位置的温度变化。1.5.2 印刷过程中油墨温度场的变化在印刷过程中输墨系统油墨因在各墨辊间分裂、传递，墨辊间运动摩擦所产生的热量，以及油墨的内摩擦产热而使其温度上升，温度对油墨的影响，主要表现在它可以改变油墨的稀稠程度、流动性和着色力18。本课题中利用油墨印刷适应仪在不同条件下多次模拟印刷过程，分析油墨在印刷过程中油泵压力、墨辊转速对油墨温度变化的影响。第2章 ANSYS仿真ANSYS CFX软件是一个高性能、通用流体动力学程序。它的核心是其先进的解算器技术,实现可靠和准确的关键解决方案。解算器是一个丰富的基础物理模型来捕获的选择几乎任何类型的流体流动现象。解算器和它的许多物理模型被包装在一个现代的、直观的、和灵活的GUI和用户环境，与广泛的功能定制和自动化使用会话文件、脚本和一个强大的表达式语言19。本课题中，利用ANSYS CFX建立油墨流动模型，然后进行仿真分析，得出结论，从而跟实验的结果进行对比。ANSYS CFX功能的实现主要由5部分组成：几何建模、网格划分、前处理、求解和后处理。2.1 油墨流动模型根据软硬辊尺寸，确定两墨辊之间的压力（经验值：130-330N），根据“固体分析”，确定出施加压力后由于软辊形变而导致减小的两墨辊之间的中心距。确定中心距后，加入一定厚度的油墨，根据“流体分析”，确定加入油墨后软辊的形变量，从而确定出两墨辊间油墨通道的厚度，再而确定出油墨流动模型，即为以下仿真分析的模型。其中串墨辊半径R=30mm，匀墨辊半径R=20mm，因此串墨辊墨层内层半径为30mm，匀墨辊墨层内层半径为20mm，墨层拉伸长度Z=30mm，其串墨辊墨层厚度为0.7mm，匀墨辊墨层厚度为0.6mm，两辊之间的中心距为49.74mm，中间墨层流动厚度为0.188mm20。2.2 网格划分 ANSYS ICEM CFD是一款功能强大的前处理软件，不仅可以为主流的CFD软件提供高质量的网格，还可以完成多种CAE软件的前处理工作21。由于油墨流动厚度比较薄，为了提高仿真的精确度，本课题中就是采用ANSYS ICEM CFD为模型划分网格，如图2-1所示。图2-1 油墨流动模型网格划分2.3 CFX-Pre 前处理2.3.1库设定根据需要，自定义生成油墨材料：youmo；如图2-2所示。摩尔质量（Molar Mass）:21.523kg kmol-1；密度（Density）：1012.935kg m-3；比热容（Specific Heat Capacity）:2467J kg-1 K-1；比热类型（Specific Heat Type）:恒压（Constant Pressure）；动态粘滞度（Dynamic Viscosity）：1.4Pa s；导热系数（Thermal Conductivity）:0.213W m-1 K-1。图2-2 材料“youmo”的设定2.3.2计算域设定在Domain（域设定）面板中，对计算域的主要参数进行设定。对于单向流问题的计算域，主要需要设定以下两方面内容。基本设定（Basic Settings）:位置及类型：设定计算域所在的体、类型及所在的坐标系；流体及粒子定义：选择不同的流体、粒子类型及种类；材料（Material）:选择之前设置的“youmo”；模型域：设定参考压力、浮力、域运动、网格变形；如图2-3所示。流体模型（Fluid Models）:传热模型（Heat Transfer）：热焓模型（Thermal Energy）,即只计算流换热和热传导，不考虑流体动能带来的变化；湍流模型（Turbulence）:k-Epsilon(k-模型)，最简单的完整湍流模型；如图2-4所示。图2-3 模型域基本设定图2-4 模型域流体模型设定2.4边界条件设定 入口1：I1 入口2：I2 出口1：01 出口2：02 壁面1（硬辊外表面）：W1 壁面2（软辊外表面）：W2 壁面3（油墨空气接触面）：W3图2-5 模型边界条件2.4.1 Inlet入口边界条件入口边界条件设定中需要设定的边界信息包括以下几个部分。流体性质（Flow Regime）:亚音速（Subsonic）；标准速度（Normal Speed）:0.5m s-1；湍流（Turbulence）:一般情况下，湍流动能系数建议使用默认值中等湍流密度Medium(Intensity=5%)； 热量传输（Heat Transfer）:静态温度（Static Temperature）:293K。如图2-6为入口I1的边界条件，入口I2同入口I1。图2-6 入口I1参数设定2.4.2 Outlet出口边界条件出口边界条件设定中需要设定的边界条件信息包括以下几个部分。流体性质（Flow Regime）:亚音速（Subsonic）；质量和动量（Mass And Momentum）:平均静压 （Average Static Pressure）； 相对压力（Relative Pressure）:0Pa； 如图2-7为出口O1的边界条件，出口O2同出口O1。图2-7 出口O1参数设定2.4.3 Wall壁面边界条件壁面边界条件需选取便捷的所在位置。壁面边界条件设定中需要设定的边界信息包括以下几个部分。如图2-8为壁面W1（硬辊外表面）的边界条件设定：质量和动量（Mass And Momentum）：无滑移边界条件；壁面粗糙度（Wall Roughness）:粗糙壁面（Rough Wall）；粗糙度（Sand Grain Roughness）:0.2；热量传递（Heat Transfer）:传热系数（Heat Transfer Coefficient）:301W m-2 K-1； 出口温度（Outside Temperature）:293K。图2-8 壁面W1参数设定如图2-9为壁面W2（软辊外表面）的边界条件设定：质量和动量（Mass And Momentum）：无滑移边界条件；壁面粗糙度（Wall Roughness）:粗糙壁面（Rough Wall）;粗糙度（Sand Grain Roughness）:0.4;热量传递（Heat Transfer）:传热系数（Heat Transfer Coefficient）:163W m-2 K-1; 出口温度（Outside Temperature）:293K。图2-9 壁面W2参数设定如图2-10为壁面W3（油墨与空气接触面）的边界条件设定：质量和动量（Mass And Momentum）：无滑移边界条件；壁面粗糙度（Wall Roughness）:光滑壁面（Smooth Wall）；热量传递（Heat Transfer）:传热系数（Heat Transfer Coefficient）:412W m-2 K-1；出口温度（Outside Temperature）:293K。图2-10 壁面W3参数设定2.5 初始条件设定对于稳态流动问题，初始条件就是进行数值迭代计算的各变量初始值。图2-11 初始条件设定2.6 求解器设定求解器设定用来调整求解过程中的控制参数。基本设定（Basic Settings）是求解设定的主要内容。主要包括以下几个部分。差分格式设定（Advection Scheme）:高阶求解模式（High Resolution）；湍流数值运算（Turbulence Numerics）:一阶（First Order）；最大迭代步数（Max. Iterations）:100；时间控制尺度（Timescale Control）：2s；收敛残差值（Residual Target）:10-4。图2-12 求解器参数设定2.7 CFX-Post后处理 在Workbench后处理中提取计算结果。图2-13为墨辊速度为0.5m/s时，稳定时刻油墨的温度云图，从云图中可以看出，由于油墨动能以及油墨之间挤压的影响，使油墨墨层整体温度由初始的常温升高至图示温度，其温度最高处发生在两辊挤压的中心部分，其中最高温度为301.33K（28.18）。由于最高温度发生在中间位置，其热量沿壁面圆周方向向两侧传递。入口处油墨温度为常温，且Wall3与空气热对流，所以从入口开始，沿着壁面旋转方向温度逐渐上升，直到进入挤压部分；油墨离开中间挤压流动后，同样根据热力学定律，与空气发生热交换，温度逐渐降低，直至出口。 图2-14为中间挤压部分（X=0，Z=15）油墨温度曲线，横坐标为油墨墨层方向，由Wall2到Wall1，即从软辊外壁到硬辊外壁。可以从图中看出，油墨在挤压的中间部分温度最高（301.33K），从中心部分向墨层两侧方向，温度逐渐降低，很明显，两侧温度降低后的值不同，并且Wall1处的值（300.54K）明显低于Wall2处的值（300.84K），这是由于与壁面进行热交换，Wall1的壁面交换热量高于Wall2，热交换值受墨辊材料的热交换系数影响。图2-13墨辊上油墨温度云图图2-14挤压处油墨温度曲线2.8 总结 由上述仿真的结果云图及提取的数据可以得知以下结论：一般情况下，在印刷过程中： （1）越接近碾压区，墨辊表面温度越高； （2）墨辊两端的温度比中间温度高； （3）软辊温度比硬辊温度高。第3章 实验3.1 实验器材3.1.1 YQ-M-4A油墨印刷适应仪YQ-M-4A型油墨印刷适性仪是测试油墨印刷适应性的仪器，它可有选定的印刷度，用被测油墨压印试样。然后进行各种检测（如光泽、密度、转移性、干性等）以确定油墨的印刷适应性，所以该仪器广泛应用于油墨生产业、印刷业、以及油墨的科研教学等单位。YQ-M-4A型油墨印刷适性仪相关参数如下所示： A、压印速度：电机有级变速五档 =0.2 =0.4 =0.8 =1.2 =1.6 B、印样尺寸： 、4一一200X47.5平方毫米 、2一一200X115平方毫米 、1一一200X250平方毫米 C、匀墨辊速度：500转分 D、匀墨辊移动速度：100次分 E、电源：电压220伏总功率1500瓦 F、外型尺寸：主机：50OX47OX660毫米机架：50OX48OX600毫米图3-1 YQ-M-4A型油墨印刷适性仪3.1.2 FLUKE Ti55 便携式红外热像仪红外热像仪的工作原理是使用光电设备来检测和测量辐射，并在辐射与表面温度之间建立相互联系。所有高于绝对零度（-273）的物体都会发出红外辐射。红外热像仪利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。通过查看热图像，可以观察到被测目标的整体温度分布状况，研究目标的发热情况，从而进行下一步工作的判断。为了获得最佳的图像效果,我们选择 Fluke Ti55便携式红外热像仪,它采用320x240探测器,它的热灵敏度(0.05 NETD)在同类产品中处于领先地位,可获得非常高的分辨率。除此之外，其探测器采集率可达60 Hz，通过5英寸大屏幕彩色显示屏，它可以实时显示测量温度。 FT系列产品采用最新的IR-Fusion技术，IR-Fusion可捕获可见光图像和红外图像。它可以帮助更好的识别和报告可疑组件，可在第一时间完成完成维修工作。图3-2 Fluke Ti55便携式红外热像仪图3-3 Fluke Ti55便携式红外热像仪使用演示图3-4 Fluke Ti55便携式红外热像仪屏幕工作示图3.1.3 红外线温度计（温度枪）红外线温度计（温度枪）是一种在线监测（不停电）式高科技检测技术，它集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一身，通过接收物体发出的红外线（红外辐射），将其热像显示在荧光屏上，从而准确判断物体表面的温度分布情况，具有准确、实时、快速等优点。红外测温技术在生产过程中，在产品质量控制和监测，设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥了着重要作用。 红外线温度计是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统（先进的焦平面技术则省去了光机扫描系统）接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上，在光学系统和红外探测器之间，有一个光机扫描机构（焦平面热像仪无此机构）对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在单元或分光探测器上，由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图。这种热像图与物体表面的热分布场相对应；实质上是被测目标物体各部分红外辐射的热像分布图由于信号非常弱，与可见光图像相比，缺少层次和立体感，因此，在实际动作过程中为更有效地判断被测目标的红外热分布场，常采用一些辅助措施来增加仪器的实用功能，如图像亮度、对比度的控制，实标校正，伪色彩描绘等技术。 红外线温度计的主要参数如下所示： 测温范围：-32-400 显示分辨率：0.1（199.1时） 精度：23时1% 工作环境温度范围：0-50 重复性：23时1% 相对湿度30时 1095% 响应时间500ms电源9V 响应光谱7-18micron 尺寸13741196mm 重量270g 发射率：0.95% 图3-5 红外线温度计（温度枪） 图3-6 红外线温度计使用演示3.2实验方案利用实验室中的YQ-M-A4型油墨印刷适应仪进行模拟印刷实验，通过红外热像仪和红外线温度计测出不同条件下印刷过程中油墨温度场的变化。考虑到油墨的影响，我先进行无油墨状态下着墨辊和匀墨辊的碾压实验，以转速和压力为变量。转速分为：低速档，高速档；压力分为：0.3MPa、0.5MPa、0.8MPa（正常印刷情况下，压力在0-1.0MPa之间）。因此，无墨状态下，共有6组实验，依次为： 第1次实验：低速档 0.3MPa 无墨状态， 第2次实验：低速档 0.5MPa 无墨状态， 第3次实验：低速档 0.8MPa 无墨状态， 第4次实验：高速档 0.3MPa 无墨状态， 第5次实验：高速档 0.5MPa 无墨状态， 第6次实验：高速档 0.8MPa 无墨状态。实验前，先测量墨辊表面的初始温度并记录，当着墨辊和匀墨辊刚碾压时开始计时，每隔10分钟用温度枪测量一次墨辊表面的温度并记录，考虑到墨辊的长度，我在墨辊的左侧、中间、右侧各做一次测量，从而能较清晰的研究墨辊表面温度的变化规律。随后，开始进行有油墨状态下的模拟印刷实验。同样的，有墨状态下，也是有6组实验，依次为： 第7次实验 ：低速档 0.3MPa 有墨状态， 第8次实验 ：低速档 0.5MPa 有墨状态， 第9次实验 ：低速档 0.8MPa 有墨状态， 第10次实验：高速档 0.3MPa 有墨状态， 第11次实验：高速档 0.5MPa 有墨状态， 第12次实验：高速档 0.8MPa 有墨状态。实验中，墨辊表面温度除了用温度枪测量外，还需要红外热像仪进行整体测量。上述12次实验，均要保证实验前墨辊表面温度冷却到室温。实验的终止条件为： （1）墨辊表面温度趋于稳定，随时间增长，无明显变化；（2）墨辊表面温度高于50，此时温度超出印刷环境条件，油墨粘度较低，易出现“飞墨”现象，不宜进行印刷。3.3实验数据3.3.1 温度数据实验条件及对应结果数据如下所示：数据中的“左侧”，“中间”，“右侧”分别如图3-7所示：右侧中间左侧图3-7 油墨印刷适应仪墨辊部分表3-1：第1，2，3次实验：低速档 无墨状态 墨辊各处温度压力0.3MPa0.5MPa0.8MPa时间min左侧中间右侧左侧中间右侧左侧中间右侧1017.215.516.318.515.517.223.520.521.02021.517.619.224.021.522.231.525.727.13025.522.723.428.526.327.434.830.531.34028.126.027.034.531.531.836.133.533.45028.226.127.338.536.036.737.835.035.36031.329.930.040.337.337.038.736.337.07031.730.230.241.337.837.639.337.137.38033.631.632.041.738.238.340.437.637.49034.532.231.641.239.239.041.339.239.010035.234.534.241.839.839.711035.534.534.2表3-2：第4，5，6次实验：高速档 无墨状态 墨辊各处温度压力0.3MPa0.5MPa0.8MPa时间min左侧中间右侧左侧中间右侧左侧中间右侧1018.016.317.325.722.324.027.324.524.82032.030.132.034.529.629.535.831.131.23038.336.335.541.533.535.340.336.335.74041.137.437.345.440.540.244.040.740.05043.339.438.246.343.242.246.542.641.86044.741.440.149.745.145.348.044.544.17047.343.642.750.348.149.050.547.346.58047.643.742.7表3-3：第7，8，9次实验：低速档 有墨状态 墨辊各处温度压力0.3MPa0.5MPa0.8MPa时间min左侧中间右侧左侧中间右侧左侧中间右侧1027.527.328.028.426.327.027.626.127.12032.631.732.632.831.131.832.531.231.43035.835.135.536.335.235.335.834.735.04038.237.637.539.137.737.938.436.736.85041.039.639.640.639.339.539.738.438.76042.741.641.641.840.640.940.940.040.07044.343.243.242.342.242.141.440.440.2表3-4 第10，11，12次实验：高速档 有墨状态 墨辊各处温度压力 0.3MPa 0.5MPa 0.8MPa 时间min左侧中间右侧左侧中间右侧左侧中间右侧1034.730.631.933.532.534.332.529.130.32040.337.837.741.340.141.239.637.338.03044.442.142.144.843.344.744.842.642.74046.944.644.746.445.446.346.343.643.55049.047.046.849.047.148.66050.447.547.450.548.649.53.3.2 温度云图红外热像仪会将所拍摄的图片保存为IS2格式的红外热像图，用Smartview软件可以实现对图像处理、标注、导出、生成报告等功能。如图3-8所示，为Smartview软件分析红外热像图的过程。通过调节红外线和可见光的比例，即可得到利于观察的温度云图。还可以通过划线，更清晰的看出温度变化。图3-8 Smartview软件分析红外热像图以下为有墨状态下进行的6组油墨传递实验中，选取的部分温度云图。如图3-9，为高速档0.5MPa有墨状态实验中实验开始20分钟时拍摄的温度云图，沿软辊周向画一条线，可以观察该线上各点在该时刻的温度，由图中曲线可以看出，沿墨辊周向从入口到挤压区，油墨温度逐渐上升，该结论与仿真中的图2-13一致。 图3-9 温度云图 图3-10 温度云图如图3-10，为高速档0.5MPa有墨状态实验中实验开始40分钟时拍摄的温度云图，沿挤压区径向画一条线，可以从图中曲线看出，墨辊两端温度比中间温度高。如图3-11，为低速档0.5MPa有墨状态实验中实验开始20分钟时拍摄的温度云图，在软辊、硬辊中沿径向各画一条线，可以从图中曲线可以看出，硬辊温度比软辊低，该结论与仿真中的图2-14一致。图3-11 低速档 0.5MPa 有墨状态 20分钟云图观察各组实验的温度云图，可以发现温度云图与温度枪所得数据基本一致。3.4数据处理3.4.1 压力的影响同一转速、同一状态下分别对比压力对墨辊表面温度的影响：取墨辊中间的温度，分别将第1,2,3次实验，第4,5,6次实验，第7,8,9次实验，10,11,12次实验进行对比，得到以下曲线图。图3-12 低速档 无墨状态下压力的影响图3-13 高速档 无墨状态下压力的影响图3-14 低速档 有墨状态下压力的影响图3-15 高速档 有墨状态下压力的影响现象1：同一转速（低速档、高速档）、同一状态（无墨、有墨）下，压力越大，墨辊表面温度上升越快，越先趋于稳定。分析：由印刷机产热机可知，无墨状态下，压力越大，两墨辊间的摩擦力越大，摩擦产热越多；有墨状态下，压力越大，油墨的内摩擦越大，油墨流体层之间摩擦产热越多；而且，压力增大的同时，软辊的形变也增大，软辊在形变过程中弹性势能转化为热能的部分也随之增加，所以温度上升越快。现象2：无墨状态下，压力对墨辊表面温度的影响较明显；有墨状态下，压力对墨辊表面温度的影响较小。分析：由于两墨辊的中心距不变，在添加油墨后，相当于变相增加墨辊间的压力，且增加的压力相对于油泵（0.3MPa，0.5MPa，0.8MPa）施加在两墨辊间的压力要大，因此添加油墨后，压力的改变对墨辊表面温度的变化影响较小。3.4.2 油墨的影响同一转速、同一压力下分别对比有无油墨对墨辊表面温度的影响：取墨辊中间的温度，分别将第1,7次实验，第2,8次实验，第3,9次实验，第4,10次实验，第5,11次实验，第6,12次实验进行对比，得到以下曲线图。图3-16 低速档 0.3MPa有无油墨的影响图3-17 低速档 0.5MPa有无油墨的影响图3-18 低速档 0.8MPa有无油墨的影响图3-19 高速档 0.3MPa有无油墨的影响图3-20 高速档 0.5MPa有无油墨的影响图3-21 高速档 0.8MPa有无油墨的影响现象3：同一转速（低速档、高速档）、同一压力（0.3MPa，0.5MPa，0.8MPa）下，有油墨的状态下，墨辊表面温度前期上升较快，较先趋于稳定，且稳定时的温度也较高。分析：由于添加油墨前后，两墨辊中心距不变，添加一定厚度的油墨后，间接增大两墨辊间的压力，虽然没有了墨辊之间的摩擦产热，但是多了油墨内摩擦的产热，同时，软辊形变也随着压力增大而增大，产热增加。所以添加油墨后，温度上升较快。现象4：同一转速下（低速档、高速档），低压力时，有无油墨对墨辊表面温度的影响比高压力时较明显。分析：同结论2，即此时有无油墨占主要因素，低压力时，有无油墨差距会更明显。3.4.3 转速的影响同一状态、同一压力下分别对比转速对墨辊表面温度的影响：取墨辊中间的温度，分别将第1,4次实验，第2,5次实验，第3,6次实验，第7,10次实验，第8,11次实验，第9,12次实验进行对比，得到以下图表：图3-22 0.3MPa 无墨状态下转速的影响图3-23 0.5MPa 无墨状态下转速的影响图3-24 0.8MPa 无墨状态下转速的影响图3-25 0.3MPa 有墨状态下转速的影响图3-26 0.5MPa 有墨状态下转速的影响图3-27 0.8MPa 有墨状态下转速的影响 现象5：同一压力（0.3MPa，0.5MPa，0.8MPa）、同一状态（无墨、有墨）下，高转速时，墨辊表面温度前期上升较快，较先趋于稳定，且稳定时的温度也较高。 分析：无墨状态下，转速越快，单位时间内两墨辊的相对位移越大，摩擦力做功越多，产热越多；有墨状态下，转速越快，油墨流体层之间单位面积的内擦力越大，产热越多；同时，单位时间内油墨同时单位时间内软辊弹性形变转化的热能也越多，所以温度上升越快。现象6：有墨时，温度曲线较稳定。分析：加入油墨后，两墨辊面之间的外摩擦转变为液体膜之间的内摩擦，降低了墨辊间的墨损，从而使整个油墨传递过程变得较为平滑。3.5 总结从上述影响实验结果的三个实验条件分别进行对比，可以看出，转速的高低和有无有墨对墨辊温度的上升占主要作用，而油泵压力的高低对墨辊温度的上升影响较小。同时，可以发现以下规律：（1）同一转速（低速档、高速档）、同一状态（无墨、有墨）下，压力越大，墨辊表面温度上升越快，越先趋于稳定。（2） 同一转速（低速档、高速档）、同一压力（0.3MPa，0.5MPa，0.8MPa）下，有油墨的状态下，墨辊表面温度前期上升较快，较先趋于稳定，且稳定时的温度也较高。 （3）同一压力（0.3MPa，0.5MPa，0.8MPa）、同一状态（无墨、有墨）下，高转速时，墨辊表面温度前期上升较快，较先趋于稳定，且稳定时的温度也较高。（4）无墨状态下，压力对墨辊表面温度的影响较明显；有墨状态下，压力对墨辊表面温度的影响较小。结论本课题中，通过ANSYS CFX建立油墨流动仿真模型，提取数据，分析温度变化；随后通过对油墨印刷适应仪进行多组模拟印刷实验，用温度枪和红外热像仪测量墨辊表面温度数据，记录并处理数据，分析油泵压力、墨辊转速等因素对油墨温度上升的影响，得出结论，并与仿真的结论进行对比分析，掌