Удосконалення технологічного процесу формоутворення заготовки верху взуття

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХМЕЛЬНИЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ФОРМОУТВОРЕННЯ ЗАГОТОВКИ ВЕРХУ ВЗУТТЯ

Спеціальність: Технологія взуття, шкіряних виробів і хутра

РОСУЛ РУСЛАН ВАСИЛЬОВИЧ

Хмельницький, 2009 рік

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасному взуттєвому виробництву притаманні складні технологічні процеси, які визначають як рівень якості готових виробів, так і їх собівартість. Відомо, що формування верху, здійснене на обтяжно-затяжних машинах, не забезпечує при масовому виробництві взуття необхідної якості операцій: не використовується повністю резерв деформаційних властивостей матеріалів, залишається незадовільним розподіл деформацій по площі заготовки, спостерігається розтріскування матеріалу заготовки в носковій частині і складкоутворення в міжкліщових зонах. При виконанні таких технологічних операцій, як затягування та формування деталей верху взуття, невдалий вибір геометричних параметрів колодки та відсутність фрикційної обтяжки призводить до перенапруження одних ділянок і нерівномірності напружень у матеріалі верху. Така невідповідність призводить до неякісного виконання даних технологічних операцій та до нерівномірного зміщення затяжної кромки, що відповідно призводить до додаткових витрат матеріалів та енергії, пов'язаних з доводочними операціями, а також до зниження продуктивності праці. Крім того, неякісна затяжка верху взуття після формування спричинює погіршення товарного виду взуття, недостатньої формостійкості деталей верху.

Покращення якості виконання технологічних операцій затягування та формування заготовок верху взуття з одночасним зменшенням енергетичних витрат за рахунок використання нових типів універсального обладнання для фрикційної шнурової затяжки.

А також встановлення оптимальних технологічних режимів є актуальною задачею і являє значний інтерес для взуттєвої галузі легкої промисловості.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація відповідає напрямку наукових досліджень Мукачівського технологічного інституту (МТІ), тема №4Б-2003 - “Теоретичні і методологічні основи проектування комфортних та формостійких виробів швейної і взуттєвої промисловості”. Номер державної реєстрації: 0103U001204.

Мета і завдання дослідження. Метою досліджень є підвищення якості взуття шляхом удосконалення технології формування заготовки верху.

Об'єктом дослідження є процес удосконалення технології шнурової затяжки деталей верху взуття із різних матеріалів.

Предметом дослідження є технологічний процес формоутворення заготовок верху взуття із різних матеріалів.

Методи дослідження. Задачі, поставлені в дисертації, вирішувалися на основі класичних положень теорій механіки та опору матеріалів, комп'ютерного моделювання, регресійного і кореляційного аналізу.

Новизна результатів полягає в тому, що вперше у взуттєвій галузі:

- запропонована гіпотеза про характер взаємодії матеріалу верху з колодкою в процесі фрикційного формування, яка обумовлює вихідні положення для рівномірного розподілу напружень у матеріалі, якісного його формування, забезпечення достатньої формостійкості та здатності приформовуватися до стопи споживача;

- встановлена аналітична залежність технологічного зусилля на гнучкий силовий елемент при фрикційній шнуровій затяжці від показників деформаційних властивостей матеріалів, геометричних параметрів колодки, сил тертя в системі ”колодка-заготовка-діафрагма”.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що:

- розроблені алгоритм й комп'ютерна програма та розраховані напруження і деформації на всіх ділянках заготовки при фрикційній шнуровій затяжці;

- встановлені технологічні режими виконання операцій фрикційного шнурового формування заготовки, що забезпечують формостійкість верху взуття та його здатність приформовуватися до стопи споживача;

- удосконалені технологічний процес виготовлення взуття з використанням фрикційної шнурової затяжки та затяжне обладнання, яке забезпечує теоретично і експериментально обґрунтовані технологічні режими;

- адаптовано конструкцію дослідної установки для виконання технологічних операцій затягування та формування заготовки, технічна новизна якої підтверджена патентом України.

Результати теоретичних та експериментальних досліджень пройшли виробничу апробацію і впроваджені на ЗАТ ”Ужгородська взуттєва фабрика”, використовуються в навчальному процесі МТІ при підготовці спеціалістів по спеціальності 7.091820 “Взуття, шкіргалантерейні та лимарні вироби” в дисциплінах “Устаткування для виготовлення виробів” й “Основи технології виробів”.

Особистий внесок здобувача полягає в постановці та вирішенні теоретичних та експериментальних задач.

Безпосередньо автору належать: у публікаціях 1, 2 - розробка методики і проведення експериментальних досліджень, обробка результатів експериментів, формулювання узагальнень, 3, 4, 6 - розробка теоретичних положень, виведення формул, дослідне підтвердження гіпотези, 5 - розробка принципової схеми пристрою, підготовка опису та формули винаходу.

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

- ІІ Міжнародному салоні винаходів та нових технологій ”Новий час” (м. Севастополь, 2006 р.);

- ХІІ Міжнародній науково-практичній конференції ”ХХІ століття: Наука. Технологія. Освіта” (м. Мукачево, 2007 р.);

- VІ Національній виставці високих технологій та конкурентоспроможної продукції ”Укртехнологія-2007” (УкрІНТЕІ, м. Київ, 2007 р.);

- науково-практичних конференціях професорсько-викладацького складу МТІ (м. Мукачево, 2002-2008 рр.);

- засіданні розширеного міжкафедрального семінару на базі кафедри технології та конструювання виробів із шкіри МТІ (м. Мукачево, 2008 р.).

Дисертація в повному обсязі доповідалася і одержала позитивну оцінку на засіданні розширеного міжкафедрального семінару на базі кафедри технології та конструювання виробів із шкіри ХНУ (м. Хмельницький, жовтень 2008 р.).

Публікації. Результати дисертації висвітлені у 6 публікаціях, серед яких: 4 статті у фахових виданнях, рекомендованих ВАК України, 1 патент України на винахід та 1 тези доповіді на Міжнародній науково-практичній конференції.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, додатків та списку літературних джерел. Дисертація надрукована на 142 сторінках, містить 68 рисунків, 5 таблиць, 10 сторінок додатків та 139 найменувань використаних літературних джерел.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, подано короткий аналіз стану проблеми, її наукова новизна і практична цінність, сформульовані мета і завдання досліджень, вибір об'єкту, предмету та методів досліджень.

У першому розділі розглянуті сучасний стан і перспективи удосконалення методів формування деталей верху взуття. Важливість і відповідальність операцій формування заготовки спонукали до проведення значної кількості наукових досліджень у цьому напрямку.

Показано, що наявність волокнисто-сітчастої структури відіграє визначальну роль в поведінці шкіри при її деформуванні - розтязі, згинанні, стисканні. Другим важливим фактором є величина та напрям прикладання розтягуючого навантаження. Розглянуті фізичні моделі та відповідні аналітичні залежності, які пояснюють роль складових деформації - пружної епр, високоеластичної еве та пластичної (вязкотекучої) епл - у забезпеченні формостійкості та здатності до приформовування матеріалів верху взуття. На прикладі формування круглого зразка шкіри на півсфері наведені можливі інтервали відносних деформацій у поздовжньому і поперечному напрямах заготовки в носковій частині.

Серед найважливіших виробничих чинників, які визначають параметри процесу формоутворення верху прийнято вважати спосіб його формування. На основі результатів досліджень М.П.Купріянова показано, що при двоосному розтязі шкіри досягаються кращі показники формостійкості верху взуття і здатності його до приформовування, ніж при одноосному.

Достатньо точно оцінити ступінь витяжки матеріалу дозволяє метод нанесення на поверхню заготовки геометричних фігур (наприклад, кіл) з вимірюванням після формування на колодці зміни їхніх розмірів.

Порівняння результатів таких досліджень виявило, що одним із ефективних методів формування, які забезпечують двоосний розтяг матеріалу верху, є фрикційна шнурова затяжка. Наведена характеристика існуючого обладнання для здійснення шнурової затяжки свідчить, що воно не в повній мірі забезпечує сучасні вимоги до якості виконання операцій формоутворення верху взуття.

У другому розділі дисертації наведені результати теоретичних досліджень процесу шнурової затяжки, здійснені на основі класичних положень теорій механіки й опору матеріалів та засобами комп'ютерного моделювання. Для спрямування досліджень в ефективному напрямку запропонована гіпотеза про характер взаємодії матеріалу верху з колодкою в процесі фрикційного формування, яка обумовлює вихідні положення для рівномірного розподілу напружень у матеріалі, якісного його формування, забезпечення достатньої формостійкості та здатності приформовуватися до стопи споживача.

З метою математичного моделювання процесу фрикційної шнурової затяжки представлена фізична модель і складені рівняння зусиль, що діють у системі ”колодка-заготовка-діафрагма”. У результаті розв'язку цих рівнянь показано, що ефективність фрикційної затяжки залежить від співвідношення коефіцієнтів тертя на границях контактів поверхонь “колодка-заготовка” та “діафрагма-заготовка”. Для того, щоб отримати рівномірно розподілені сили тертя, слід, насамперед, забезпечити рівномірно розподілену нормальну силу dNц по дузі ц охоплення поперечного перетину колодки, а для цього необхідно досягти постійності напружень у поперечних перетинах діафрагм.

В ході теоретичного дослідження процесу формування в умовно-технологічному режимі для зручності розбили його на чотири етапи:

- фрикційна обтяжка заготовки;

- дослідження зусилля і деформації матеріалу;

- зміщення затяжної кромки;

- формування заготовки.

У результаті математичного моделювання отримане рівняння для визначення максимального зусилля затягування матеріалу при шнуровій затяжці, що діє на другому етапі формування при умові:

qN(Ьі) = ДFЬі / f

Qз(б) = f / (е - f (б - бі - Дб) - е-f (б - бі))((1 - е) е lк / Ac (lk + (lk - Sкр) е 0,5fдз б)) (1)

Результуючу силу тертя Fр., яка діє на елементарну ділянку поперечного перетину заготовки, можна визначити за формулою:

Fр = (1 - fзк / fдз) (1 - ? - fдз ц) Qз (2)

Де:

fзк - коефіцієнт тертя заготовки верху об колодку.

Встановлено, що зусилля формування матеріалу Q4 може в незначній мірі перевищувати зусилля Q1, що є умовою зміщення затяжної кромки і залежить від фізико-механічних властивостей матеріалу. Визначені умови виникнення пластичної деформації (умови формування матеріалу), тобто встановлено, яке граничне зусилля треба прикласти, щоб матеріал почав приймати форму колодки. З цього моменту закінчується видовження і починається формування матеріалу.

Факт формування був визначений експериментально за допомогою фотографування процесу обтікання колодки матеріалом верху, змодельованого на спеціально сконструйованому стенді. Математичне моделювання процесу обтікання колодки матеріалом з метою визначення напружень розтягу здійснювалось шляхом розв'язку рівнянь механіки суцільного середовища, а саме рівнянь руху та нерозривності:

Результати розрахунку свідчать, що на ділянці верхнього канту заготовки напруження і деформації значно менші від відповідних величин на ділянці, що прилягає до затяжної кромки, що в деякій мірі не відповідає практичним результатам. Це пояснюється тим, що методом маркованих комірок неможливо врахувати конструктивні прийоми - підняття лінії перегину союзки та вкорочення п'яткового контуру по верхньому канту, яким користуються конструктори для кращої його витяжки. В геленковій частині розрахункові значення поперечних деформацій мають знак “+”, тобто на цій ділянці відбувається поздовжнє і поперечне видовження матеріалу, що в цілому повинно відповідати характеру розподілу деформацій при рівномірно розподіленому по затяжній кромці затяжних зусиль - на відміну від одноосного деформування. Отримані теоретичні результати підтверджують положення висунутої гіпотези щодо вибору технологічних умов якісного формування заготовки.

У третьому розділі приведено результати експериментальних досліджень процесу фрикційної шнурової затяжки заготовки з максимальним наближенням до реальних виробничих умов. Для проведення експериментів були розроблені методика та дослідна установка, яка дає змогу відтворювати широкий спектр технологічних режимів, спроектовані і виготовлені заготовки верху туфель типу ”лодочка” із матеріалів, які використовуються на взуттєвих підприємствах: натуральну шкіру - бичину хромового методу дублення (ДСТУ 2627-94), вінілштучшкіру-Т (ТУ 17-21-384-89) з текстильною підкладкою, вінілштучшкіру-Т без підкладки. Такий вибір ґрунтується на тому, що ці пакети матеріалів своїми деформаційними властивостями перекривають широкий інтервал напружень та деформацій.

Аналіз отриманих залежностей свідчить про наступне. У результаті дії трьох дискретних приростів навантаження, в залежності від виду матеріалу заготовки та застосування фрикційної затяжки спостерігається інтенсивне, але рівномірне видовження ділянок верху взуття в поздовжньому напрямку. Середні значення видовження в носково-пучковій частині у 2,5-3 рази перевищують аналогічні значення для п'яткової частини та у 1,5-2,8 рази - для геленкової частини. Таким чином, підтверджуються отримані нами розрахункові результати та результати, встановлені Ю.П. Зибіним.

Аналогічні експериментальні дослідження проведені для встановлення характеру деформації заготовки у поперечному напрямку.

У четвертому розділі наведені результати застосування теоретичних та експериментальних досліджень на практиці.

На основі формули (1) запропоновано інженерний метод розрахунку технологічного зусилля затягування з урахуванням результатів проведених експериментальних досліджень. Запропонований перелік рекомендованих вихідних даних для розрахунків. Здійснені за цими даними розрахунки показали, що запропонований розрахунковий метод з вірогідністю р = 0,90 забезпечує достатню достовірність обчислень технологічного зусилля затягування заготовки.

Для якісного виконання шнурової затяжки заготовок здійснено адаптацію дослідної установки для виконання технологічних операцій затягування та формування заготовки, технічна новизна якої підтверджена патентом України.

Взявши за прототипи машину для затяжки п'яткової частини ЗПК-4-О та удосконалену дослідну установку розробили конструкцію машини МФШЗ-1, яка дозволяє здійснювати універсальний процес фрикційного формування заготовки в цілому з додатковою можливістю контролювати фактори, які впливають на якість затяжки.

Проведені теоретичні та експериментальні дослідженні й отримані при цьому результати дають підстави здійснити удосконалення діючого на ЗАТ ”Ужгородська взуттєва фабрика” технологічного процесу виготовлення взуття із застосуванням фрикційної шнурової затяжки.

До головних відмінностей удосконаленого технологічного процесу від діючого належать:

1. Завдяки застосуванню в роботі фрикційної затяжки та встановленню її проявів виникла необхідність насамперед у визначеному розподілі навантажень на шнур, урахуванні конструкції заготовки і форми деталей, властивостей матеріалів верху та шнура. Діюча технологія враховувала вказані вимоги частково, переважно через надмірні деформації або перевитрату енергії на виконання операцій;

2. В удосконаленому технологічному процесі передбачається двохпетельна схема пришивання шнура, кут виходу шнура 30-40° до краю ЗК заготовки, двохвузлове з'єднання країв шнура після витяжки;

3. Деякі з операцій діючої технології можна вилучити із процесу без погіршення експлуатаційних властивостей взуття, якщо використати просторову конструкцію заготовки і фрикційну шнурову затяжку. До таких операцій відносяться: “Попереднє формування п'яткової частини заготовки” та ”Попереднє формування носкової частини заготовки”. Цьому вилученню сприяють умови двохпетельного затягування. В кінцевому рахунку це не тільки сприяє зниженню трудомісткості формування заготовки, а й дозволяє зменшити технологічне зусилля на шнур із 225-270 Н до 150 Н згідно із запропонованою нами технологією.

Удосконалений технологічний процес фрикційної шнурової затяжки заготовок та рекомендації щодо практичного застосування отриманих результатів теоретичних та експериментальних досліджень пройшли виробничу апробацію і впроваджені на ЗАТ “Ужгородська взуттєва фабрика”. Результати дисертації знайшли відображення у навчальному процесі МТІ при викладанні дисциплін “Устаткування для виготовлення виробів” та “Основи технології виробів”.

ВИСНОВКИ

1. Здійснені теоретичні та експериментальні дослідження з удосконалення технологічного процесу формоутворення верху взуття дозволили уточнити відомі та встановити відсутні режими фрикційної шнурової затяжки заготовки, що сприяло підвищенню формостійкості виробів і здатності приформовуватися до стоп споживачів в початковий період експлуатації;

2. Сформульована і в процесі наступних досліджень підтверджена гіпотеза про імовірний характер взаємодії матеріалу заготовки з колодкою в процесі фрикційної шнурової затяжки, згідно з якою якість верху взуття після завершення його формування пов'язується з наперед заданими геометричними і силовими параметрами переміщення заготовки по поверхні колодки. Головними умовами якісного формування є рівномірний розподіл затяжного зусилля по краю затяжної кромки з одночасним прикладенням зсувного фрикційного навантаження по зовнішній поверхні заготовки;

3. Здійснене комп'ютерне моделювання процесу обтікання колодки матеріалом заготовки свідчить, що розрахунковий розподіл напружень та деформацій відповідає умовам якісного формування заготовки і забезпечення формостійкості верху взуття при експлуатації;

4. На основі експериментальних досліджень встановлені залежності абсолютних видовжень матеріалу заготовки у поздовжньому та поперечному напрямках під час її фрикційної шнурової затяжки від технологічного зусилля. Встановлені закономірності переміщення краю затяжної кромки в процесі шнурової затяжки. Порівняння експериментального розподілу відносних деформацій заготовки верху з розрахунковим показало, що запропонований аналітичний метод визначення деформацій достатньо точний поведінці матеріалу при фрикційній шнуровій затяжці;

5. Встановлені оптимальні технологічні режими виконання операцій якісного фрикційного шнурового формування заготовки: максимальне зусилля на шнур - 150 Н, кут виходу шнура із переметного шва - 30 ч. 40°, технологічне зменшення довжини шнура - 10%, крок зигзагоподібного стібка - 2,4 ± 0,2 мм., ширина стібка - 3,25 ± 0,25 мм., закріпка - 3-4 стібки;

6. За результатами теоретичних та експериментальних досліджень здійснено удосконалення технологічного процесу виготовлення взуття з використанням фрикційної шнурової затяжки та затяжного обладнання, яке забезпечує теоретично та експериментально обґрунтовані режими виконання операцій, підвищення продуктивності праці, зменшення енерговитрат на одиницю продукції. Запропоновані удосконалення та рекомендації щодо їх практичного застосування пройшли виробничу апробацію і впроваджені на ЗАТ “Ужгородська взуттєва фабрика” та в навчальному процесі МТІ.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Росул Р.В. Дослідження режимів шнурової затяжки заготовки верху взуття / Р.В. Росул, Л.А. Тонковид // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2002. - №5. - С. 51-54.

2. Росул Р.В. Дослідження технологічних параметрів процесу шнурової затяжки заготовки верху взуття / Р.В. Росул, В.П. Либа // Вісник Хмельницького національного університету. - 2007. - №5. - С. 239-243.

3. Росул Р.В. Математична модель процесу формування заготовки верху взуття при шнуровій затяжці (Повідомлення 1) / Р.В. Росул, В.П. Либа // Вісник Хмельницького національного університету. - 2008. - №2. - С. 239-243. технологічний виробництво взуття

4. Росул Р.В. Моделювання процесу обтікання матеріалом колодки при шнуровій затяжці заготовки верху взуття / Р.В. Росул // Науковий вісник Мукачівського технологічного інституту. - 2007. - №4. - С. 19-26.

5. Пат. 75817 А, МПК7 А43D 15/00. G01L 1/04 Пристрій для дослідження шнурової затяжки заготовки верху взуття / Росул Р.В., Либа В.П. - №20041008466, заявл. 18.10.04, опубл. 15.05.06, Бюл. №5.

6. Росул Р.В. Аналітичне дослідження процесу шнурової затяжки деталей верху взуття // Тези ХІІ Міжнародної науково-практичної конференції "ХХІ століття: Наука. Технологія. Освіта". - Мукачево, 2007 р. - С. 65-66.

Размещено на Allbest.ru