Sur une presse offset à feuilles, le cylindre porte-plaque, le cylindre porte-blanchet et le cylindre de pression portent l'image, transfèrent l'encre et pressent la feuille contre le blanchet. La manière dont ces cylindres sont supportés à chaque extrémité détermine si la pression d'impression reste uniforme d'un côté à l'autre de la feuille, et fixe également la limite de vitesse de fonctionnement. Pendant la majeure partie du vingtième siècle, la solution standard était un palier lisse. Presque toutes les nouvelles presses vendues aujourd'hui utilisent un palier à roulement. Ce changement provient de l'ingénierie environnante, et non d'une pièce ingénieuse unique.
Ce que les paliers lisses faisaient bien
À basse et moyenne vitesse, les tourillons de cylindre tournaient dans des paliers lisses. La conception présente un grand rapport longueur-diamètre et fonctionne par contact de faible paire, de sorte que le film d'huile absorbe les chocs et que l'entraînement tourne en douceur. La longue ligne de contact rigidifie le cylindre, la déflexion sous la pression d'impression diminue et la pression reste constante le long de l'axe. Un palier lisse est également facile à usiner, à monter et à entretenir. Aux vitesses auxquelles les presses fonctionnaient alors, il répondait à toutes les exigences du procédé, ce qui explique son utilisation si répandue.
La limite de vitesse
À partir des années 1980, les constructeurs de presses ont commencé à augmenter la production, et la vitesse fut le premier levier actionné. Le palier lisse résistait. Son coefficient de frottement est élevé, la surface de contact du tourillon est grande, le jeu dans le couple de frottement est faible et la chaleur s'évacue mal, de sorte qu'une augmentation modérée de la vitesse entraîne un risque de grippage de l'arbre dans la douille. Si l'on augmente le jeu pour éviter le grippage, le bâti perd de la rigidité, la précision de transmission chute et des traînées d'encre apparaissent sur la feuille. À ce stade, le palier lisse était le goulot d'étranglement, et l'attention s'est portée sur les éléments roulants. Une meilleure conception des machines et une meilleure fabrication avaient alors éliminé les obstacles. Un palier à roulement a un faible rapport longueur-diamètre et convertit le contact de faible paire en contact de haute paire, ce qui restaure la rigidité que le corps du cylindre perd sous la charge d'impression.
Pourquoi les constructeurs hésitaient, et ce qui a changé
L'ancienne objection était la déflexion. Sous une forte pression d'impression, un cylindre fléchit, sa courbe de déflexion s'affaisse, le milieu du cylindre maintient moins de pression que les extrémités, les points et les caractères s'impriment faiblement au centre et la feuille ne satisfait pas à la norme. L'analyse par éléments finis a modifié le calcul. Les concepteurs optimisent désormais la structure du cylindre et sa cavité interne, en répartissant les nervures et les plaques de liaison par nombre, forme et dimension de section, de sorte que la rigidité globale augmente et que la déflexion sous charge reste dans la plage autorisée.
La fabrication des cylindres s'est améliorée dans la même période. Le matériau et la dureté sont désormais contrôlés lors de la fusion, de la coulée et du traitement thermique. Un cylindre de presse doit également conserver une précision dynamique, ainsi qu'une précision après fatigue et fluage, et pas seulement une précision statique et une rigidité. La précision dynamique dépend de la répartition des masses et de la structure métallurgique et de la composition chimique du métal. Le faux rond est mesuré avec le cylindre presque à l'arrêt, mais à la vitesse de fonctionnement l'erreur diffère car la répartition des masses et la structure des grains ne sont jamais parfaitement uniformes.
L'approvisionnement en roulements a également mûri. La sélection, l'ajustement, le montage et le contrôle sont désormais courants, et des roulements de haute précision sont disponibles auprès de sources nationales et importées sans obstacle technique. Les pièces voisines ont été améliorées en conséquence. La précision des engrenages de cylindre atteint le grade quatre ou mieux dans le groupe cinématique comme dans le groupe de régularité, la même classe que celle utilisée pour les engrenages aéronautiques. Les alésages et les faces frontales du bâti sont usinés en un seul serrage sur une aléseuse-fraiseuse à commande numérique, de sorte que les dimensions, la tolérance de forme et la rugosité de surface satisfont la structure hyperstatique du bâti. Ces pièces étant améliorées, les presses tournent plus régulièrement, les sources de vibration diminuent et le système de cylindres exige moins d'amortissement des chocs. Heidelberg, Mitsubishi, Komori et KBA montent tous des supports à roulement en série, et l'expérience acquise à l'étranger offre aux constructeurs nationaux une référence claire.
Types de paliers actuellement utilisés
La première décision porte sur la structure de palier à monter, et les constructeurs y répondent différemment.
- Heidelberg privilégie les roulements à aiguilles, le jeu de fonctionnement étant réglé au montage par mesure des aiguilles et leur appariement en groupes.
- Roland s'appuie sur des roulements à rouleaux cylindriques massifs courts à plusieurs rangées combinés à des butées, les charges radiales et axiales étant ajustées séparément. Le fabricant de roulements garantit le jeu de fonctionnement, et l'exigence de précision est élevée.
- Mitsubishi utilise des roulements à rouleaux coniques, qui reprennent ensemble la charge radiale et la charge axiale dans une conception plus simple, le jeu étant réglé au montage avec une exigence plus forte sur la compétence d'ajustement.
- Certains constructeurs nationaux montent des roulements à rouleaux cylindriques creux fabriqués selon un brevet américain, fonctionnant avec une précharge élevée et un léger serrage.
Toutes ces dispositions servent une presse offset. Chacune a son caractère, et en théorie n'importe laquelle peut supporter un cylindre. Le choix suit la capacité de conception du constructeur et son niveau de procédé, la compréhension de chaque type de roulement par l'équipe technique et l'état de l'atelier, afin que les limites objectives et le jugement d'ingénierie se rejoignent au même point. Dans toutes les options, la maîtrise du jeu est la préoccupation commune.
Précharge et jeu de fonctionnement
Le deuxième problème technique est la précharge. Le jeu entre les deux paliers doit être ajusté pour augmenter la rigidité du système, et le jeu subsistant après précharge au montage décide à la fois de la qualité finale d'impression et de la durée de vie de la machine. Pour augmenter la rigidité et réduire le bruit, un roulement doit fonctionner avec un jeu de fonctionnement négatif.
La théorie et l'expérience d'atelier s'accordent sur la cible. La durée de vie en fatigue est maximale lorsque le jeu de fonctionnement se situe autour de -10 μm. Si l'on pousse plus loin la valeur négative, la durée de vie en fatigue chute fortement. Lorsque la température du roulement monte fortement, la dilatation thermique rend le jeu effectif plus négatif que la valeur réglée sur le banc, et le montage doit donc laisser une marge pour ce décalage.