Удосконалення прес-форм для лиття деталей взуття

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

УДОСКОНАЛЕННЯ ПРЕС-ФОРМ ДЛЯ ЛИТТЯ ДЕТАЛЕЙ ВЗУТТЯ

05.05.10 - Машини легкої промисловості

СИНЮК ОЛЕГ МИКОЛАЙОВИЧ

Київ - 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Технологічному університеті Поділля (м. Хмельницький) Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник - кандидат технічних наук, професор Скиба Микола Єгорович, ректор Технологічного університету Поділля

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України Орловський Броніслав Вікентійович, Київський Національний університет технологій та дизайну, завідувач кафедри “Машини легкої промисловості”

- кандидат технічних наук, доцент, Сівецький Володимир Іванович, Київський Національний технічний університет “КПІ”, доцент кафедри “Хімічне, полімерне та силікатне машинобудування”, заступник декана інженерно-хімічного факультету з наукової роботи

Провідна установа - Чернігівський державний технологічний університет Міністерства освіти і науки України, м. Чернігів

Захист відбудеться “18” грудня 2002 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.102.02 в Київському Національному університеті технологій та дизайну (КНУТД) за адресою: 01601, м. Київ, вул. Немировича-Данченка, 2.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці КНУТД за адресою: м. Київ, вул. Немировича-Данченка, 2.

Автореферат розісланий “12” листопада 2002 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Тарасенко А.І.

АНОТАЦІЇ

Синюк О.М. Удосконалення прес-форм для лиття деталей взуття. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.10 - машини легкої промисловості, Київський Національний університет технологій та дизайну, Київ, 2002.

Дисертація присвячена вдосконаленню прес-форм для лиття під тиском полімерних деталей взуття. З метою дослідження впливу конструктивних параметрів прес-форми і технологічних параметрів процесу лиття під тиском на розташування і орієнтацію спаїв у готовому виробі розроблена математична модель динаміки течії в'язкої рідини в оформляючій порожнині прес-форми. Експериментальні дослідження процесу заповнення прес-форми полімерним матеріалом підтверджують аналітичні результати.

Проведені експериментальні дослідження впливу орієнтації спаїв відносно напрямку діючого навантаження на експлуатаційні властивості підошов. На основі отриманих результатів встановлено, що зменшення кута між лінією спаю та напрямком руйнівного впливу збільшує довговічність низу взуття. Розроблено та запропоновано інженерний метод проектування прес-форм для отримання низу взуття, за допомогою якого вдосконалено прес-форму для лиття низу на заготовку верху взуття та розроблено конструкцію прес-форми для лиття підошов. Розроблено спосіб виготовлення полімерних виробів (блочків для верху взуття), який забезпечує поліпшення фізико-механічних властивостей цих виробів за рахунок зменшення кута між спаєм і напрямком руйнівного впливу.

Ключові слова: прес-форма для лиття підошов, впускний отвір, оформляюча порожнина прес-форми, положення та орієнтація спаїв, експлуатаційні властивості низу взуття.

Сынюк О.Н. Совершенствование пресс-форм для литья деталей обуви. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.10 - машины легкой промышленности, Киевский Национальный университет технологий и дизайна, Киев, 2002.

Диссертация посвящена совершенствованию пресс-форм для литья под давлением полимерных деталей обуви. В диссертации проанализированы причины получения полимерных деталей обуви с низкими эксплуатационными характеристиками. Установлено, что основной причиной низкого качества изделий являются спаи. На сегодняшний день существуют пресс-формы, конструкции которых обеспечивают уменьшения продолжительности процесса их заполнения и расхода полимерного материала, но не позволяют получать изделия повышенного качества, так как они выполнены без учета влияния спаев на эксплуатационные свойства этих изделий.

Для определения положения и ориентации спаев в подошве необходимо математическое описание процесса литья под давлением низа обуви. С этой целью разработана математическая модель динамики течения вязкой жидкости, в основе которой лежат уравнения Навье-Стокса. Зависимость вязкости от скорости деформации и температуры учитывалось реологическим уравнением в форме степенного закона. Все дифференциальные уравнения математической модели с учетом граничных условий решались конечно-разностным методом маркеров и ячеек, на основе которого был разработан комплекс расчетных программ, позволяющих визуализировать процесс заполнения пресс-формы полимерным материалом, определяя тем самым места спаев в готовом изделии.

С целью подтверждения адекватности математической модели реальным процессам, а также правомерности её использования для определения мест расположения и ориентации спаев в готовом изделии, проведены экспериментальные исследования, которые заключались в непосредственном наблюдении за процессом течения полимерного материала в формообразующей полости пресс-формы. Результаты экспериментальных исследований подтверждают аналитические результаты. Максимальная ошибка не превышает 12 %.

Для определения зависимости эксплуатационных характеристик низа обуви от ориентации линий спаев относительно направления действующей нагрузки проводились экспериментальные исследования. На основании полученных результатов установлено, что уменьшение угла наклона спая к направлению действующей нагрузки приводит к повышению прочности полимерных изделий.

Разработан и предложен инженерный метод проектирования пресс-форм для литья низа обуви. Используя этот метод, проведено численное исследование процесса образования спаев, которое показало, что положение спаев в готовом изделии зависит от геометрических размеров впускных каналов и от варианта расположения их относительно формообразующей полости и не зависит от технологических факторов литья под давлением. Наиболее существенное влияние на положение и ориентацию спаев в подошве оказывает ориентация впускных отверстий относительно формообразующей полости пресс-формы.

Используя указанный метод, усовершенствовано пресс-форму для литья низа на заготовку верха обуви, конструкция которой обеспечивает расположение спаев в наименее нагруженных в процессе эксплуатации местах изделия.

Исследован процесс заполнения пресс-формы через один впускной канал при разной температуре стенок формообразующей полости. Установлено, что для обеспечения полного заполнения пресс-формы в режиме, контролируемом машиной, перед впрыскиванием расплава полимерного материала необходимо нагреть стенки формообразующей полости до температуры 75ё110 0С в зависимости от размера подошвы. На основе этого была разработана пресс-форма для литья низа обуви, которая позволяет получать подошвы без спаев, повышая тем самым их эксплуатационные характеристики.

Разработан способ изготовления полимерных изделий (блочков для верха обуви), который позволяет повышать эксплуатационные свойства изделий за счет уменьшения угла между спаем и направлением разрушительного влияния.

Ключевые слова: пресс-форма для литья подошв, впускное отверстие, формообразующая полость пресс-формы, положение и ориентация спаев, эксплуатационные свойства низа обуви.

Synjuk O.N. Improvement of compression moulds for moulding details of footwear. - the Manuscript.

The dissertation on reception of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. behind a speciality 05.05.10 - machines of light industry, the Kiev National university of technologies and design, Kiev, 2002.

The dissertation deals with the improvement of compression moulds for moulding polymeric details under pressure. The mathematical model for dynamics of viscous liquid in a form-building cavity of compression mould was created. It helps to investigate the influence of design data of a compression mould and technological parameters of pressure moulding process on joint. Experimental researches of process filling of a compression mould by a polymeric material entirely confirm analytical results.

Experimental researches of influence of orientation of joints according to a direction of working of the destructive influence on the operational properties of soles. It has been proved that the less is the angle between the joint and the direction of destructive influence, the greater is sole resistant property.

The engineering method to design compression moulds to produce footwear bottom is proposed. This method helps to improve the compression mould for moulding a bottom on footwear top. The design of a compression mould for moulding soles in developed.

It has been proved that the method of the production of the polymeric products (rings on the shoes' surface) which provided an improvement of the resistant property of these products given the lessening of the angle between the joint and the direction of the destructive influence.

Key words: compression moulds for moulding soles, an inlet aperture, form-building cavity of a compression mould, position and orientation joints, operational properties of a bottom of footwear.

прес форма взуття полімерний

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Велика частина виробів із полімерних матеріалів у легкій промисловості виготовляється методом лиття під тиском. Широке використання полімерних матер іалів у легкій промисловості, зокрема на підприємствах взуттєвого виробництва, вимагає підвищення ефективності переробки полімерів та якості продукції за рахунок раціоналізації конструктивних та технологічних параметрів процесу переробки.

На сьогодні є декілька робіт, які присвячені проектуванню прес-форм для лиття під тиском низу взуття. Найбільш відомі серед них - робота Стронгіна Б.М., в якій досліджувались контактні тиски на затяжну кромку заготовки верху взуття в процесі вулканізації з метою виключення випресовок, та робота Карабанова П.С., яка присвячена розробці методу розрахунку впускних каналів з метою впливу на фактори, що визначають експлуатаційні властивості деталей низу взуття.

Дослідження, які проводились Стронгіним Б.М., Карабановим П.С. та іншими вченими, не враховували впливу спаїв (місць злиття потоків розплаву), на експлуатаційні властивості низу взуття. Оскільки різні зони виробів в процесі експлуатації піддаються різним за величиною навантаженням, необхідно, щоб у місцях найбільшого руйнівного впливу спаї були відсутні. Тому визначення конструктивних параметрів прес-форми, що забезпечують утворення спаїв в тих місцях виробів, які в процесі їх експлуатації піддаються мінімальним навантаженням і тим самим збільшують їх довговічність, є актуальним завданням і представляє інтерес для легкої промисловості та багатьох інших галузей вітчизняної економіки.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась згідно із затвердженою науковою програмою діяльності Технологічного університету Поділля (м. Хмельницький) “Наукові та практичні основи проектування автоматичних систем у легкій промисловості” за напрямком “Розробка та вдосконалення прес-форм для лиття низу взуття”, № 0102U004050, 2002 р.

Мета і задачі дослідження. Метою досліджень є удосконалення існуючих та розробка нових конструкцій прес-форм, які повинні забезпечити поліпшення експлуатаційних характеристик полімерних деталей взуття.

У відповідності з метою поставлені такі задачі:

- встановити основні причини низької якості полімерних деталей взуття та визначити необхідні дії для їх усунення;

- розробити математичну модель динаміки течії в'язкої рідини з вільною поверхнею і, на цій основі, дослідити процес заповнення оформляючої порожнини прес-форми розплавом полімерного матеріалу;

- дослідити вплив конструктивних параметрів прес-форми для лиття низу взуття на рух фронту вільної поверхні розплаву полімерного матеріалу в оформляючій порожнині;

- провести експериментальні дослідження процесу лиття підошов з метою підтвердження адекватності математичної моделі реальним процесам;

- провести експериментальні дослідження для визначення залежності експлуатаційних властивостей низу взуття від орієнтації спаю відносно напрямку дії руйнівного навантаження;

- дослідити вплив основних конструктивних параметрів прес-форми на положення та орієнтацію спаїв у готовій підошві;

- удосконалити існуючі та розробити нові конструкції прес-форм з метою поліпшення експлуатаційних властивостей полімерних деталей взуття.

Об'єктом дослідження є процес лиття під тиском полімерних деталей взуття.

Предметом дослідження є прес-форми для лиття підошов та полімерних деталей верху взуття.

Методи дослідження. Поставлені у роботі задачі вирішувалися на основі сучасних математичних методів з використанням класичних положень фізики, теорії машин та механізмів, теорії проектування машин, теорії механіки і динаміки рідин, теорії в'язко-пластичного середовища та теорії теплопровід-ності.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у тому, що:

- розроблено математичну модель динаміки неізотермічної течії розплаву полімерного матеріалу в оформляючій порожнині прес-форми для лиття підошов;

- розроблено обчислювальний алгоритм і, на цій основі, створено комплекс розрахункових програм, за допомогою яких описано процес руху фронту розплаву полімерного матеріалу в оформляючій порожнині прес-форми;

- запропоновано інженерний метод проектування прес-форм для лиття низу взуття і, на цій основі, проведено дослідження впливу основних конструктивних параметрів прес-форм та технологічних параметрів процесу лиття під тиском на розташування та орієнтацію спаїв у готовому виробі;

- отримано функціональні залежності експлуатаційних характеристик підошов від орієнтації спаїв;

- встановлено перспективний напрямок удосконалення прес-форм для лиття полімерних деталей взуття;

- удосконалено прес-форму для лиття низу на заготовку верху взуття, яка дозволяє збільшити довговічність взуття.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що:

- розроблено спосіб виготовлення виробів з полімерних матеріалів (патент України № 39405 А, бюл. № 5 від 15.06.2001 р.);

- розроблено прес-форму для виготовлення підошов (патент України № 40108 А, бюл. № 6 від 16.07.2001 р.);

- розроблено ливарну форму для термопластів (патент України № 44081 А, бюл. № 1 від 15.01.2002 р.);

- результати дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі Технологічного університету Поділля при підготовці спеціалістів за спеціальністю 7.090222 “Обладнання легкої промисловості та побутового обслуговування” в курсі “Механічна технологія та обладнання підприємств”;

- результати дисертаційної роботи впроваджено у виробництво на Хмельницькій взуттєвій фабриці. Впровадження модернізованих прес-форм дозволило зменшити тривалість їх заповнення на 8% та витрати полімерного матеріалу на 9%.

Особистий внесок здобувача. Автору належить розробка інженерного методу проектування прес-форм для лиття низу взуття. У працях, виконаних із співавторами, особистий внесок здобувача полягає у виконанні аналітичних та експериментальних досліджень, обробці одержаних результатів, а також у вдосконалені існуючих та розробці нових прес-форм взуттєвого виробництва.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертації доповідались, обговорювались і отримали позитивну оцінку на:

- міжнародній науково-технічній конференції “Новітні технології в легкій промисловості та сервісі” (м. Хмельницький, 1999 р.);

- ювілейній міжнародній науково-технічній конференції “Сучасні технології підготовки фахівців з інженерних спеціальностей” (м. Київ, 2000 р.);

- міжнародній науково-технічній конференції “Ресурсо- та енергозберігаючі технології в легкій, текстильній промисловості та сервісі” (м. Хмельницький, 2000 р.);

- засіданнях кафедри машин та апаратів легкої промисловості ТУП (м. Хмельницький, 1998 - 2001 р.р.).

Дисертація доповідалась повністю і одержала позитивну оцінку на:

- розширеному засіданні міжкафедрального семінару на базі кафедри машин та апаратів легкої промисловості ТУП (м. Хмельницький, 2001 р.);

- міжкафедральному науковому семінарі КНУТД (м. Київ, 2001 р.);

- розширеному засіданні кафедри обладнання легкої промисловості та побутового обслуговування ДТУ (м. Херсон, 2002 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 9 робіт, серед яких 6 наукових статей у журналах та 3 патенти України на винаходи.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Основна частина дисертації надрукована на 108 сторінках машинописного тексту, містить 55 рисунків, 9 таблиць, список використаних джерел із 119 найменувань та 12 додатків. Повний обсяг дисертації складає 157 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовані мета та основ-ні задачі дослідження, показані наукова новизна і практичне значення роботи.

Перший розділ присвячено огляду та аналізу робіт у галузі переробки полімерних матеріалів, який показав, що існують конструкції прес-форм для лиття під тиском полімерних деталей взуття, що забезпечують зменшення тривалості процесу їх заповнення та витрат полімерного матеріалу, але не дозволяють отримувати вироби підвищеної якості, оскільки вони виконані без урахування впливу спаїв на експлуатаційні властивості. Встановлено, що удосконалення прес-форм та їх елементів, яке призводить до зміщення ліній спаїв з області найбільшого руйнівного впливу, дозволяє поліпшити експлуатаційні властивості підошов. Для дослідження впливу конструктивних параметрів прес-форми та технологічних параметрів процесу лиття під тиском на місця розташування спаїв у виробі необхідне математичне описання течії розплаву полімерного матеріалу. Розглянуто відомі математичні методи, які відрізняються можливістю описання течії полімерних матеріалів і складністю розв'язання відповідних рівнянь. Тому при аналізі тієї чи іншої технологічної проблеми необхідно вибирати той метод (або декілька методів), який придатний для вирішення конкретної задачі, що представляє практичний інтерес. У результаті аналізу математичних методів моделювання встановлено, що найбільш простим в реалізації при достатньо точному описанні руху нестисливих в'язких рідин з вільною поверхнею є скінченнорізницевий метод маркерів і комірок (МАС). Тому він був використаний в даній роботі при моделюванні процесу лиття під тиском низу взуття.

Другий розділ присвячено аналітичним дослідженням процесу лиття під тиском низу взуття.

При складанні математичної моделі динаміки течії розплаву полімерного матеріалу в оформляючій порожнині прес-форми прийняті такі припущення: розплав - нестислива рідина; гравітаційні сили настільки малі, що ними можна нехтувати; течія ламінарна; дисипативний розігрів не враховувався; у місці контакту в'язкої рідини зі стінками оформляючої порожнини прес-форми немає проковзування.

Математична модель базувалась на рівняннях Нав'є-Стокса для сильнов'язких рідин:

(1)

(2)

де u, u - проекції вектора швидкості на осі x і y; j - відношення тиску до постійної густини полімеру r ; n - кінематична в'язкість рідини.

До цих рівнянь додавалась умова нестисливості:

(3)

де D - дивергенція вектора швидкості.

З рівнянь (1)…(3) було отримане рівняння Лапласа для тиску:

 (4)

Для врахування залежності в'язкості від температурних факторів використовувалось реологічне рівняння у формі степеневого закону:

(5)

де - динамічна ньютонівська в'язкість при температурі Т; - швидкість деформації; n, A1, A2 - коефіцієнти реологічного рівняння.

Значення коефіцієнтів реологічного рівняння для різних полімерних матеріалів вибирались з довідкових посібників. Ньютонівська в'язкість при поточній температурі була представлена у вигляді:

, (6)

де - значення динамічної ньютонівської в'язкості при температурі фазового переходу T* (у даному випадку при температурі тверднення полімер-ного матеріалу); EH - енергія активації; R = 8,31 кДж/(моль.К) - газова постійна; T - абсолютна температура полімеру, яка визначалась зі стаціонарного рівняння теплопровідності.

Таким чином, процес лиття під тиском низу взуття можна представити системою рівнянь (1), (2), (4)…(6), яка є математичною моделлю процесу заповнення оформляючої порожнини полімерним матеріалом. Вказана модель пов'язує властивості полімеру, конструктивні параметри прес-форми та технологічні параметри процесу лиття під тиском, з однієї сторони, та швидкість руху вільної поверхні розплаву і тиск, з іншої.

Для розв'язання зазначеної системи диференціальних рівнянь ставились такі граничні умови:

- на осі симетрії радіальна швидкість u і тангенціальне напруження t приймались рівними нулю;

- у точках, де в'язка рідина прилягає до твердої стінки оформляючої порожнини прес-форми, нормальна і дотична складові вектора швидкості дорівнюють нулю, а температура приймалась рівною температурі стінки порожнини форми;

- на границі втікання, в залежності від напрямку руху рідини, одна компонента вектора швидкості приймалась рівною нулю, а значення іншої знаходилось з початкових умов задачі. Значення температури розплаву на вході у прес-форму вважалось постійним на протязі всього процесу заповнення.

Граничні умови для тиску біля твердих стінок, на границі втікання та на осі симетрії знаходились з рівнянь руху (1) і (2) підстановкою в них граничних швидкостей.

Для задовільнення граничних умов на вільній поверхні виконувались: кінематична умова - нормальна до вільної поверхні складова швидкості збігається зі швидкістю переміщення фронту вільної поверхні, і динамічна умова - вектор напруження p для площадок, дотичних до вільної поверхні, спрямований по нормалі до цих площадок усередину і за числовою величиною дорівнює нулю.

Система диференціальних рівнянь (1), (2), (4)…(6), з урахуванням граничних умов, розв'язувалась скінченнорізницевим методом маркерів та комірок, сутність якого полягає у тому, що всі диференціальні рівняння та граничні умови записуються у скінченних різницях на сітці фіксованих комірок, що покриває область течії в'язкої рідини. В об'єм рідини та на її поверхню наноситься система маркерів, які використовуються для візуалізації потоку. Типова розрахункова комірка представлена на рис.1.

Конфігурація рідини визначалась розподілом маркерів по розрахунковій сітці, яка складається з чотирьох типів комірок: граничні комірки, в яких виконуються умови біля твердих стінок, на границі втікання та на осі симетрії; повні комірки, які містять маркери та оточені іншими повними комірками; порожні комірки, які не містять маркерів; поверхневі комірки, які містять маркери, але межують з порожніми комірками.

Рівняння руху рідини (1), (2) та (4) для повних комірок у скінченнорізницевій формі записувались:

(7)

де h - розмір комірки.

Кінематична в'язкість матеріалу в комірці визначалась із скінченнорізницевого рівняння стану (5):

(8)

де k - номер ітерації; - інтенсивність швидкостей деформацій в комірці (xi, yj).

Рівняння для визначення динамічної ньютонівської в'язкості при температурі представлено у такому вигляді:

(9)

Абсолютна температура матеріалу в комірці знаходилась із скінченнорізницевого рівняння теплопровідності:

 (10)

Швидкість, тиск та кінематична в'язкість розплаву полімерного матеріалу для граничних та поверхневих типів комірок визначались підстановкою граничних умов у формули (7), (8).

Таким чином, отримано повну систему лінійних алгебраїчних рівнянь для визначення усіх невідомих у різних типах комірок - граничних, повних та поверхневих. Для вирішення цієї системи використовувався ітераційний метод Лібмана з проведенням послідовних релаксацій.

Положення вільної поверхні розплаву полімеру визначалось координатами кожного маркера, які розраховувались за отриманим полем швидкостей числовим інтегруванням:

; , (11)

де , - положення маркерів в попередній момент часу; - часовий крок; , - горизонтальна та вертикальна складові вектора швидкості маркерів, які визначались методом лінійної інтерполяції.

Відповідно до наведеного вище методу розрахунку течій в'язких рідин розроблено обчислювальний алгоритм, на основі якого створено комплекс розрахункових програм.

У третьому розділі наведено експериментальні дослідження процесу лиття під тиском низу взуття та впливу орієнтації спаїв на експлуатаційні властивості підошви.

З метою перевірки адекватності запропонованої математичної моделі реальним процесам досліджувався вплив конструкції прес-форми на процес її заповнення полімерним матеріалом ПВХ марки ОПЛП-2. Для цього спроектовано та виготовлено експериментальну прес-форму для лиття підошов, яка монтувалася на термопластавтоматі Хмельницької взуттєвої фабрики.

За контрольований параметр прийнято швидкість руху вільної поверхні розплаву полімерного матеріалу. Варіювались геометричні параметри оформляючої порожнини: висота та ширина.

Експериментальні дослідження проводилися за допомогою відеозйомки процесу руху полімерного матеріалу в порожнині прес-форми. Одержаний відеофільм передавався комп'ютеру і за допомогою спеціального програмного забезпечення розбивався на кадри, що дозволило фіксувати час, за який розплав полімеру досягав визначеного положення. На основі отриманих даних розраховувалась швидкість фронту вільної поверхні розплаву полімерного матеріалу. Після обробки результатів експерименту було отримано рівняння регресії:

(12)

де u - швидкість вільної поверхні полімерного матеріалу; H і B - відповідно, висота та ширина оформляючої порожнини прес-форми.

Рівняння (12) дозволяє досліджувати вплив конструктивних параметрів прес-форми на процес лиття під тиском низу взуття.

З графіків видно, що математична модель та експериментально отримані залежності задовільно узгоджуються (відносне відхилення не перевищує 12 %). Це підтверджує правомірність використання математичної моделі для дослідження впливу конструкції прес-форми на процес її заповнення полімерним матеріалом.

З метою підтвердження правомірності використання розробленої математичної моделі течії в'язкої рідини в порожнині прес-форми для дослідження процесу утворення спаїв проведено експеримент, який полягав у безпосередньому спостереженні за рухом фронту вільної поверхні розплаву полімеру. Для утворення спаїв спроектовані та виготовлені спеціальні деталі, що приєднувались до вкладиша прес-форми, відіграючи тим самим роль перешкод, які обтікав розплав полімеру.

Встановлено, що у фіксовані моменти часу положення та орієнтація лінії спаю при експериментальних та аналітичних дослідженнях практично не відрізняються.

Для оцінки впливу орієнтації спаїв на експлуатаційні характеристики підошов проведено експериментальні дослідження, які полягали у випробуванні зразків на міцність та втомну витривалість. За основний фактор вибрано кут j між напрямками орієнтації спаю та руйнівного впливу, який варіювали в межах від 00 до 900.

Зразки для випробування виготовлялися з деталей низу взуття. Підошви обробляли на машині ДН-2 для одержання зразків заданої товщини, після чого за допомогою спеціальних різаків на пресі ПВГ-8-0 із заготовок вирубали зразки для випробувань. Напрямок орієнтації спаю варіювався в процесі вирубки зміною кута між лінією спаю та віссю різака.

Випробування на міцність проводились на експериментальній машині РТ-250 М за стандартною схемою.

Втомну витривалість при багаторазовому згині зразків визначали на експериментальній машині типу Торренса.

У результаті проведення експериментальних досліджень отримано функціональні залежності експлуатаційних властивостей підошви (розривної міцності при розтягуванні та кількості циклів багаторазового згину, що передують руйнуванню) від орієнтації спаїв:

(13)

(14)

де F - міцність на розрив при розтягуванні; N - кількість циклів багаторазового згину, що передують руйнуванню від втоми.

За отриманими рівняннями побудовані графіки залежностей експлуатаційних характеристик виробу від кута між спаєм та напрямком руйнівного впливу.

З наведених графіків видно, що міцність на розрив та кількість циклів багаторазового згину, які передують руйнуванню від втоми, зростають із зменшенням кута між лінією спаю та напрямком дії навантаження. Отримані результати служили підставою для розробки способу виготовлення полімерних виробів.

Четвертий розділ присвячено реалізації результатів досліджень.

Наводиться інженерний метод проектування прес-форм для лиття низу взуття, в основі якого лежить математична модель динаміки течії полімерного матеріалу в оформляючій порожнині. Використовуючи цей метод, можна візуально спостерігати за процесом утворення ліній спаю і тим самим визначати конструктивні параметри прес-форми та технологічні параметри процесу лиття під тиском, які забезпечують розташування спаїв в найменш навантажених місцях виробу.

Досліджуючи вплив конструктивних параметрів прес-форми та технологічних параметрів лиття під тиском на процес утворення спаїв, встановлено, що положення та орієнтація спаїв у готовій підошві залежать від конструктивних параметрів прес-форми і не залежать від технологічних факторів процесу лиття. Найбільш суттєвий вплив на розташування спаїв здійснює орієнтація впускних отворів відносно оформляючої порожнини прес-форми.

Досліджено процес заповнення прес-форми для лиття низу на заготовку верху взуття, яка використовується на підприємствах взуттєвого виробництва, зокрема на Хмельницькій взуттєвій фабриці, для отримання прогулянкового взуття типу кросівок з текстильним верхом. Встановлено, що заповнення прес-форми через шість впускних отворів призводить до того, що в найбільш навантаженому в процесі експлуатації місці підошви (в пучковій зоні) утворюється спай, причому кут його нахилу до напрямку дії руйнівних навантажень становить 900. Тому отримане на даній прес-формі взуття має низькі експлуатаційні характеристики.

Шляхом варіювання відстанями від впускних отворів до місця вприскування отримано таку їх орієнтацію відносно оформляючої порожнини прес-форми, яка дозволяє зменшити кут між лінією спаю та напрямком дії руйнівного впливу до 60 0.

Аналогічно визначались місця розташування впускних отворів, при яких забезпечується зміщення спаю з найбільш навантаженої зони підошви на 0,017 м.

На основі проведених досліджень запропоновано прес-форми для лиття низу на заготовку верху взуття, конструкція яких дозволяє збільшити довговічність підошов за рахунок зміни орієнтації та положення спаїв.

Досліджено вплив температури стінок оформляючої порожнини прес-форми Тф на глибину затікання розплаву полімерного матеріалу L при постійній об'ємній витраті. Встановлено, що при литті великогабаритних виробів, зокрема підошов, з метою уникнення спаїв можна використовувати лише один впускний отвір, але для забезпечення заповнення прес-форми при постійній об'ємній витраті перед вприскуванням розплаву полімеру необхідно нагріти стінки оформляючої порожнини до температури 75 ё 105 0С в залежності від розміру виробу.

У результаті проведених досліджень розроблено прес-форму для виготовлення підошов, яка виключає утворення спаїв, дозволяючи тим самим отримувати вироби з підвищеними експлуатаційними характеристиками (патент України № 40108 А).

На основі результатів експериментальних досліджень впливу орієнтації спаю на експлуатаційні властивості підошов розроблено спосіб виготовлення виробів із полімерних матеріалів (блочків для верху взуття), який дозволяє зменшити кут нахилу лінії спаю до напрямку дії руйнівних навантажень, забезпечуючи тим самим збільшення довговічності взуття (патент України № 39405 А).

ВИСНОВКИ

1. Встановлено, що існують конструкції прес-форм для лиття підошов, які забезпечують зменшення тривалості процесу їх заповнення та витрат полімерного матеріалу, але не дозволяють отримувати вироби підвищеної якості, оскільки вони виконані без урахування впливу спаїв на експлуатаційні властивості підошви.

2. Розроблено математичну модель динаміки неізотермічної течії в'язкої рідини в оформляючій порожнині прес-форми.

3. Розроблено комплекс розрахункових програм, які дозволяють візуалізувати процес заповнення прес-форми розплавом полімеру, і, тим самим, дають можливість спостерігати за процесом утворення спаїв та визначати місця їх розташування в готовому виробі.

4. Підтверджено правомірність використання розробленої математичної моделі динаміки неізотермічної течії в'язкої рідини для дослідження процесу заповнення прес-форми розплавом полімерного матеріалу та визначення місць розташування і орієнтації спаїв у готових підошвах.

5. Експериментально отримано функціональні залежності експлуатаційних властивостей низу взуття від орієнтації спаїв, з яких встановлено, що для отримання підошов підвищеної якості необхідно домогтися розташування спаю під мінімальним кутом до напрямку дії руйнівного навантаження.

6. Запропоновано інженерний метод проектування прес-форм для лиття підошов, який дозволяє визначати конструктивні параметри прес-форм, що забезпечують розташування спаїв в найменш навантажених в процесі експлуатації місцях виробу.

7. Запропоновано прес-форми для лиття низу на заготовку верху взуття, конструкція яких дозволяє збільшити довговічність підошов за рахунок зміни орієнтації та положення спаїв.

8. Розроблено прес-форму для виготовлення підошов (Патент України № 40108 А Бюл. №6 від 16. 07. 2001 р.), яка забезпечує підвищення експлуатаційних властивостей готового виробу за рахунок виключення спаїв.

9. Розроблено спосіб виготовлення виробів з полімерних матеріалів (Патент України № 39405 А Бюл. №5 від 15. 06. 2001 р.), який дозволяє зменшити кут нахилу лінії спаю до напрямку дії руйнівних навантажень, забезпечуючи тим самим поліпшення фізико-механічних властивостей цих виробів.

10. Результати дисертації використовуються у навчальному процесі Технологічного університету Поділля.

11. Результати дисертації впроваджено у виробництво на Хмельницькій взуттєвій фабриці. Впровадження модернізованих прес-форм дозволило зменшити тривалість їх заповнення на 8 % та витрати полімерного матеріалу на 9 %.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Злотенко Б.М., Скиба М.Є., Синюк О.М. Метод маркерів і комірок у задачах руху рідин з вільною поверхнею // Вісник Технологічного університету Поділля. - 1999. - № 6. - С. 142-144.

2. Злотенко Б.Н., Скиба Н.Е., Сынюк О.Н. Конечно-разностный метод исследования процесса заполнения прямоугольной пресс-формы путем визуализации потока расплава // Вісник Київського державного університету технологій та дизайну. - 2000. - № 2. - С. 48 - 53.

3. Злотенко Б.М., Скиба М.Є., Синюк О.М. Вирішення задачі про плин рідини з в'язкістю, що є функцією координат // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2000. - № 5. - С. 46 - 48.

4. Скиба М.Є., Синюк О.М. Розробка та вдосконалення прес-форм для лиття низу взуття // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах - 2001 - № 3 - С. 136 - 138.

5. Синюк О.М. Моделювання плину рідин з в'язкістю, що залежить від температури // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2002. - № 1. - С. 51 - 54.

6. Злотенко Б.М., Скиба М.Є., Синюк О.М. Експериментальні дослідження впливу конструкції прес-форми взуттєвого виробництва на процес її заповнення полімерним матеріалом // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2002. - № 2. - С. 18 - 21.

7. Пат. 39405 А України, МПК А43 D65/00. Спосіб виготовлення виробів з полімерних матеріалів. / Б.М. Злотенко, М.Є. Скиба, О.М. Синюк (Україна); Технологічний університет Поділля. - № 2000074140; Заявл. 13.07.00; Опубл. 15.06.01, Бюл. №5. - 3 с.

8. Пат. 40108 А України, МПК А43 D65/00. Прес-форма для виготовлення підошв. / Б.М. Злотенко, М.Є. Скиба, О.М. Синюк (Україна); Технологічний університет Поділля. - № 2000052957; Заявл. 24.05.00; Опубл. 16.07.01, Бюл. №6. - 2 с.

9. Пат. 44081 А України, МПК B29 C45/27. Ливарна форма для термопластів. / Б.М. Злотенко, М.Є. Скиба, О.М. Синюк (Україна); Технологічний університет Поділля. - № 2001042621; Заявл. 18.04.01; Опубл. 15.01.02, Бюл. №1. - 4 с.

Размещено на Allbest.ru

...