Em uma impressora offset de folha, o cilindro de chapa, o cilindro de blanqueta e o cilindro de impressão carregam a imagem, transferem a tinta e pressionam a folha contra a blanqueta. A forma como esses cilindros são apoiados em cada extremidade decide se a pressão de impressão permanece uniforme de um lado da folha ao outro, e também define o limite máximo de velocidade de operação. Durante a maior parte do século XX, a resposta padrão era um rolamento deslizante simples. Quase toda nova impressora vendida atualmente usa um rolamento de elementos rolantes. A mudança veio da engenharia ao redor, não de uma peça engenhosa.
O que os rolamentos deslizantes faziam bem
Em velocidades baixas e médias, os munhões dos cilindros giravam em rolamentos deslizantes. O projeto tem uma grande relação comprimento-diâmetro e funciona por contato de pares de baixa pressão, de modo que o filme de óleo absorve choques e o acionamento opera suavemente. A longa linha de contato enrijece o cilindro, a deflexão sob pressão de impressão diminui e a pressão permanece consistente ao longo do eixo. Um rolamento deslizante também é fácil de usinar, fácil de montar e fácil de manter. Nas velocidades em que as impressoras operavam então, ele atendia a todos os requisitos do processo, razão pela qual era tão amplamente utilizado.
O limite de velocidade
A partir da década de 1980, os fabricantes de impressoras começaram a aumentar a produção, e a velocidade foi a primeira alavanca que acionaram. O rolamento deslizante resistiu. Seu coeficiente de atrito é alto, a área de contato do munhão é grande, a folga no par de atrito é pequena e o calor é dissipado precariamente, de modo que um aumento modesto de velocidade traz o risco de o eixo emperrar na bucha. Aumente a folga para evitar o emperramento e a estrutura perde rigidez, a precisão de transmissão cai e aparecem faixas de tinta na folha. Nesse ponto, o rolamento deslizante era o gargalo, e a atenção voltou-se para os elementos rolantes. Um projeto de máquina melhor e uma fabricação melhor já haviam removido os obstáculos. Um rolamento de elementos rolantes tem uma pequena relação comprimento-diâmetro e converte o contato de pares de baixa pressão em contato de pares de alta pressão, o que restaura a rigidez que o corpo do cilindro perde sob carga de impressão.
Por que os fabricantes hesitaram, e o que mudou
A objeção antiga era a deflexão. Sob forte pressão de impressão, um cilindro se curva, sua curva de deflexão cede, o meio do cilindro mantém menos pressão que as extremidades, pontos e tipos imprimem fracos no centro e a folha não atende ao padrão. A análise por elementos finitos mudou o cálculo. Os projetistas agora otimizam a estrutura do cilindro e sua cavidade interna, distribuindo nervuras e chapas de alma por número, forma e tamanho de seção, de modo que a rigidez geral aumente e a deflexão sob carga permaneça dentro da faixa permitida.
A fabricação de cilindros melhorou na mesma linha do tempo. O material e a dureza agora são controlados por meio de fusão, fundição e tratamento térmico. Um cilindro de impressora também precisa manter precisão dinâmica, e precisão após fadiga e fluência, não apenas precisão estática e rigidez. A precisão dinâmica depende de como a massa é distribuída e da estrutura metalúrgica e composição química do metal. A excentricidade é medida com o cilindro quase em repouso, mas em velocidade de operação o erro difere porque a distribuição de massa e a estrutura granular nunca são perfeitamente uniformes.
O fornecimento de rolamentos também amadureceu. Seleção, ajuste, montagem e inspeção são agora rotina, e rolamentos de alta precisão estão disponíveis de fontes nacionais e importadas sem barreira técnica. As peças vizinhas melhoraram para acompanhar. A precisão das engrenagens dos cilindros atinge grau quatro ou melhor tanto no grupo cinemático quanto no grupo de suavidade, a mesma classe usada em engrenagens de aviação. Os furos e as faces frontais do chassi são usinados em uma única fixação em uma mandriladora-fresadora CNC, de modo que dimensões, tolerância de forma e rugosidade superficial atendem à estrutura de chassi super-restringida. Com essas peças aprimoradas, as impressoras operam com mais estabilidade, as fontes de vibração diminuem e o sistema de cilindros precisa de menos absorção de choque. Heidelberg, Mitsubishi, Komori e KBA montam suportes de rolamento rolante como padrão, e a experiência acumulada no exterior dá aos fabricantes nacionais uma referência clara.
Tipos de rolamento em uso atual
A primeira decisão é qual estrutura de rolamento montar, e os fabricantes respondem de formas diferentes.
- A Heidelberg prefere rolamentos de agulhas, com folga de funcionamento ajustada na montagem por meio da medição das agulhas e de sua montagem em grupos combinados.
- A Roland constrói em torno de rolamentos de rolos cilíndricos sólidos curtos de múltiplas fileiras combinados com rolamentos axiais, com cargas radial e axial ajustadas separadamente. O fabricante do rolamento garante a folga de funcionamento, e a exigência de precisão é alta.
- A Mitsubishi usa rolamentos de rolos cônicos, que suportam carga radial e axial em conjunto em um arranjo mais simples, com folga ajustada durante a montagem e maior exigência de habilidade no ajuste.
- Alguns fabricantes nacionais montam rolamentos de rolos cilíndricos ocos fabricados segundo uma patente norte-americana, operados com alta pré-carga e leve interferência.
Todos esses arranjos atendem a uma impressora offset. Cada um tem seu próprio caráter e, em teoria, qualquer um deles pode suportar um cilindro. A escolha segue a capacidade de projeto e o nível de processo do fabricante, o grau de compreensão da equipe técnica sobre cada tipo de rolamento e a condição da fábrica, de modo que limites objetivos e julgamento de engenharia se encontrem no mesmo ponto. Em todas as opções, o controle de folga é a preocupação comum.
Pré-carga e folga de funcionamento
O segundo problema técnico é a pré-carga. A folga entre o par de rolamentos precisa ser ajustada para elevar a rigidez do sistema, e a folga remanescente após a pré-carga na instalação decide tanto a qualidade final de impressão quanto a vida útil da máquina. Para elevar a rigidez e reduzir o ruído, um rolamento rolante deve operar com folga de funcionamento negativa.
Teoria e experiência de fábrica concordam quanto ao alvo. A vida em fadiga é mais longa quando a folga de funcionamento fica em cerca de -10 μm. Leve o valor negativo mais adiante e a vida em fadiga cai acentuadamente. Quando a temperatura do rolamento sobe muito, a dilatação térmica torna a folga efetiva mais negativa do que o valor ajustado na bancada, portanto a montagem deve deixar uma margem para essa variação.