印刷机结构分析与研究

张武学，严雪冬

(中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京 101601)

印刷机构是印刷机的核心部件，主要通过印刷刮条和涂墨刮板的上下运动，实现印刷动作，印刷机构的压力调节控制，印刷刮条与工作台平行度，是印刷设备印刷图形质量的关键所在，故对其技术要求较高。

在印刷机基片印刷过程中，只有网框底面与工作台上面平行，且印刷刮条与工作台面平行，涂墨刮板涂墨均匀，印刷压力合适、均匀，才能保证印刷质量，印刷的图形清晰，印刷层厚度均匀。

1　印刷机构结构分析

印刷机构主要包括印刷和涂墨两个环节，采用双作用气缸驱动，通过精密减压阀控制输出压力大小，实现印刷压力和涂墨压力的调节，同时利用直线轴承导向，实现印刷刮条和涂墨刮板的平稳上下运动。图1为印刷机构主体。

图1　主体结构图

印刷机工作台进入印刷位置后，印刷气缸下降，带动印刷刮条向下运动，印刷机构整体向前运动，实现基片图形印刷；印刷完成后，工作台离开印刷位置，返回上料位置。印刷气缸上升，带动印刷刮条向上运动，同时涂墨气缸下降，带动涂墨刮板向下运动，印刷机构向后运动，涂墨刮板均匀涂墨；为下一次印刷做准备，图2为印刷机印刷工作过程示意图。

图2　印刷工作过程示意图

2　印刷机构设计

印刷机构的设计，主要包括气缸选型、直线轴承选型，印刷刮条选择，印刷刮条夹持结构设计和涂墨刮板设计。

2.1　气缸组

印刷及涂墨均选用双作用气缸，压力更加稳定，压力线性度更好。通过改变调节旋钮的位置，锁紧旋钮紧固，限制气缸运行行程。采用精密减压阀控制气缸正压与背压的方式，实现精密印刷压力控制，从而使得印刷刮条与印刷丝网面有效接触，涂墨刮板底面与印刷丝网面有一定间隙，实现均匀涂墨。图3为气缸组结构图。

根据印刷压力大小，选取气缸直径，根据刮条旋转角度大小，选取行程为20 mm，气压0.3～0.5 MPa，表1为双作用气缸的缸径与输出力。

2.2　印刷刮条

2.2.1印刷刮条形状

印刷刮条端面形状如图4所示。

图3　气缸组结构图

表1　双作用气缸输出力N

图4　印刷刮条端面形状

设计时根据用户需求，通过改变后固定板和刮条固定板的形状及尺寸，夹持不同形状及尺寸的印刷刮条。本文选取组合型尖刀印刷刮条为例，进行论述。

2.2.2印刷刮条的固定

印刷刮条采用夹持结构，通过前后压板的夹持，固定印刷刮条，为更加可靠，设计时安装内六角紧定螺钉进行紧固。逆时针旋转固定圆螺母，向右推前后压板及印刷刮条，可整体取出，更换新的印刷刮条。

根据刮条的断面形状，设计相应的刮条固定板和后固定板，图5为印刷刮条固定结构图。

图5　印刷刮条固定结构图

2.2.3固定角度的印刷刮条

有时印刷机用户要求转动轴固定，通过改变后固定板和刮条固定板形状，使刮条与工作台上平面形成固定的印刷角度，如图6所示。

2.2.4印刷刮条与工作台间隙调节

当印刷刮条两端与工作台上面间隙相差较大时，松开锁紧手柄，通过螺旋测微杆进行调节，达到印刷刮条两端与工作台上面间隙均匀，如图7所示。

2.3　涂墨刮板

2.3.1涂墨刮板设计

涂墨刮板工作时，要求底面与工作台平行，并且将印刷浆料在一定宽度范围内涂抹均匀，根据刮条的转动角度，设计相应的涂墨刮板。

根据用户使用经验，印刷刮条与涂墨刮板间距要基本保持一个恒定尺寸A，设计涂墨刮板高度H、印刷刮条总体长度R不变。图8为印刷刮条向上转动一个角度，涂墨刮板长度相应变化。

图6　固定角度印刷刮条示意图

图7　印刷刮条与工作台间隙调节

图8　印刷刮条与涂墨刮板位置示意图

设印刷刮条转动角度为α，印刷刮条中点移动距离为B，涂墨刮板长度为L，印刷刮条中点向上移动距离为 h，则 α、R、B、L、h有以下关系：

假设 R=85 mm，A=20 mm，H=80 mm，则得到印刷刮条转动角度α为0°、10°和20°时的涂墨刮板长度L值和印刷刮条向上移动的距离h值，如表2所示。

表2　转角α与相应的涂墨刮板长度

按照印刷刮条转动的三种角度，可设计L=25 mm，40 mm，54 mm三种不同尺寸的涂墨刮板。涂墨刮板高度尺寸H为定值，其底面与丝网间距位置基本固定，一般不需要调节。印刷刮条转动后，与丝网面产生尺寸为h的高度差，通过调节印刷气缸行程进行补偿，达到印刷刮条与丝网面接触。

2.3.2涂墨刮板的安装

涂墨刮板通过固定圆螺母与连接板夹持固定，如图9所示。图10为印刷刮条与涂墨刮板安装图。

图9　涂墨刮板安装图

图10　印刷刮条与涂墨刮板安装图

2.4　印刷机构的印刷位置锁定和翻转支撑

印刷机构处于印刷位置时，要求气缸，导向机构保持垂直，锁紧可靠，如图11所示，印刷机在需要更换网框，更换印刷浆料，清理印刷刮条、涂墨刮板上的浆料，更换涂墨刮板或者印刷机装配调试时，印刷机构需要向前整体翻转接近90°，印刷机构处于翻转位置时，要求支撑可靠，安全，且操作简单方便。

图11　印刷机构的印刷位置锁定和翻转支撑

3　其它形式印刷机构

印刷机使用范围越来越广，印刷基片不尽相同，印刷机印刷机构也随之改变。图12为大压力填孔印刷机构，图13为气缸并联使用印刷机构。

图12　大压力填孔印刷机构

印刷气缸与涂墨气缸通过气缸连接板固定，同步升降。使印刷压力提高到单一气缸的2倍，印刷和涂墨使用同一个刮条。印刷机构向前运行实现印刷，向后运行实现涂墨。

图13　气缸并联使用印刷机构

4　印刷机构有待完善的功能

印刷机构经过用户使用，发现转动轴最小刻度数值为10°，刻度间距过大，需要细分。

转动轴锁紧机构可靠度低，使用一段时间后，夹持力有所下降，需要改进设计结构，进一步完善。

5　结束语

本文介绍的印刷机构机械结构设计方法，在实际工作中已经得到验证，设计的印刷机构零件加工性能良好，装配简单，缩短了设计周期，为今后的设计搭建了很好的平台。印刷机在实际应用中，印刷图形清晰，印刷机涂墨的厚度均匀，图形清晰，稳定性高，提高了印刷机的可靠性。设计不同的印刷机构，拓展了印刷机的应用领域。

参考文献：

[1]成大先.机械设计手册[M].第四版.第5卷.北京：化学工业出版社，2012.