[发明专利]一种柔印机中心压印滚筒水冷流道结构的优化方法

说明书

本发明公开了一种柔印机中心压印滚筒水冷流道结构的优化方法，步骤一、根据滚筒实际结构参数建立几何模型，结合实际工况，定义模型的边界条件、材料属性、初始条件，选择流体模型和收敛算法，建立滚筒的有限元模型；步骤二、计算滚筒截面温度分布以及滚筒表面轴向最大温差，以温差最小为优化目标，采用单因素法优化入口流速；在最优入口流速下，采用田口法优化流道结构，选出使滚筒表面轴向温差最小的流道结构参数作为优化结果；本发明基于有限元模拟方法，考虑烘箱加热以及冷却水冷却对滚筒体的双重作用，将减小滚筒体表面轴向温差作为优化指标，优化中心压印滚筒冷却水流道的结构参数，提高滚筒表面温度的均匀性。

技术领域

本发明涉及印刷设备技术领域，具体为一种柔印机中心压印滚筒水冷流道结构的优化方法。

背景技术

以绿色环保、节能高效为特点的柔版印刷工艺是我国印刷包装领域发展的核心技术，其中卫星式柔版作为柔印机的代表设备，因具有印刷速度快、套印精度高、结构性能印刷机稳定等特点，目前在纸箱预印、软包装印刷和纸张印刷中已得到广泛应用。卫星式柔版印刷机的工作原理是将印刷各色组均匀对称地排列在中心压印滚筒周围，印刷材料紧贴中心大滚筒表面，各色组滚筒与中心滚筒以相同表面线速度运转，从而实现多色印刷。

在设备印刷过程中，由于各色组间干燥装置的热风吹嘴(热风温度达70～80℃)对印品料膜表面进行干燥的同时，散逸温度会加热中心压印滚筒表面，且伴随印品薄膜与中心压印滚筒之间的相互摩擦，滚筒持续受热表面会膨胀变形，进而导致套印精度的降低。因此，为解决热膨胀现象的发生，常采用内置循环水冷却方法进行温度控制，但现有冷却系统在应用过程中，由于流道设计缺乏整体与局部的统筹结合，控制结果往往难以实现最优目标，同时由于中心压印滚筒型号众多，不同型号所需冷却结构亦有所区别，如果采用试错法优化中心压印滚筒的流道结构费时费力，所以提出一种高效、低成本、精确的优化设计方法成为缩短滚筒开发周期、降低开发成本、提高滚筒表面控温精度的有效举措。

发明内容

提供一种柔印机中心压印滚筒水冷流道结构的优化方法，用以保证印刷过程中压印滚筒表面恒温且均匀，防止因滚筒表面膨胀对套印精度产生影响，进而导致漏印、糊版和脏版等现象的发生。通过循环冷却水调节中心压印滚筒表面温度能有效防止滚筒热变形引起的印刷问题，提高卫星式柔版印刷机的印刷质量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种柔印机中心压印滚筒水冷流道结构的优化方法；

步骤一、根据滚筒实际结构参数建立几何模型，结合实际工况，定义模型的边界条件、材料属性、初始条件，选择流体模型和收敛算法，建立滚筒的有限元模型；

S101：建立滚筒三维几何模型，滚筒的结构包括外滚筒、内滚筒、外滚筒与内滚筒夹层间的螺旋流道、中心轴、中心轴两端分别同轴套设的进水管道和出水管道、连接进出水管道和螺旋流道的连接水管，以及两侧端盖；

S102：定义滚筒换热模型；滚筒与烘箱热风及冷却水之间的多级换热包括滚筒体与烘箱热空气之间的对流和热辐射，计算表达式为：

式(1)中：q为烘箱热空气传递至滚筒体的热量；T_sa表示滚筒体的温度；T_air表示靠近滚筒体的空气温度；T_air∞表示远离滚筒体的空气温度；σ为玻尔兹曼常数；ε_pol表示滚筒体的热辐射系数；ε_air表示空气的热辐射系数；α为对流热导率；

冷却水在螺旋流道中与滚筒内壁形成的固液界面对流换热计算表达式为：

q_s＝h_s(t_w-t_s) (2)；