Разработка научно-методических основ обеспечения качества взъерошивания заготовок обуви

Актуальность темы

В настоящее время в обувной промышленности наибольшее распространение получили клеевой и литьевой методы крепления низа. Особенностью этих методов является необходимость проведения операции взъерошивания, заключающейся в образовании ворсистой поверхности материала затяжной кромки или боковой поверхности заготовки за счет снятия его лицевого слоя посредством различных инструментов. По мировой статистике, до 15% брака обуви является непосредственным результатом неудовлетворительного качества проведения процесса взъерошивания, его обеспечение является одной из проблемных тем обувного производства.

Ни один из применяемых в настоящий момент взъерошивающих инструментов не обладает универсальностью и не лишен недостатков. Наиболее перспективными на настоящий момент являются взъерошивающие инструменты трансформационного типа, принцип действия которых основан на возможности трансформации периферийной части инструмента в радиальном направлении под действием поля центробежных сил, что создает автоматический натяг надетой на инструмент замкнутой абразивной ленты. Они характеризуются широким диапазоном технологических возможностей, функциональной гибкостью и качеством обработки.

Одной из основных проблем при обеспечении качества проведения процесса взъерошивания является несоответствие конструктивно-технологических параметров применяемых взъерошивающих инструментов особенностям конкретного технологического процесса, которые выражаются в различии у заготовок разного ассортимента пространственно-геометрической формы и рельефа затяжной кромки, сопротивлении материала заготовки резанию.

Поэтому для обеспечения надлежащего уровня качества на стадии технологической подготовки производства необходимо выполнение этапа, заключающегося в выборе основных конструктивно-технологических параметров взъерошивающих инструментов с учетом особенностей конкретного технологического процесса.

В этой связи, особую актуальность приобретают разработки математических моделей различных аспектов процесса работы взъерошивающих инструментов, связывающих основные параметры процесса. Это создает научную основу для разработки методов определения оптимального соотношения конструктивно-технологических параметров инструментов, при которых будет обеспечиваться их работоспособность и качество проведения процесса взъерошивания при заданных условиях технологического процесса.

В настоящей работе основное внимание было направлено на анализ и систематизацию факторов, определяющих качество проведение процесса взъерошивания, разработку математических моделей процесса работы взъерошивающих инструментов трансформационного типа, как наиболее перспективного на настоящий момент класса инструментов, а также разработку методов рационального выбора их конструктивно-технологических параметров, обеспечивающих качество обработки.

Цели и задачи исследования. Целью диссертации является разработка методов обеспечения качества проведения процесса взъерошивания при использовании инструментов трансформационного типа. Результаты этих разработок ориентированы в основном на создание методики выбора конструктивно-технологических параметров инструментов с учетом особенностей конкретного технологического процесса.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

— проведен анализ современного состояния и тенденций развития техники и технологии в области подготовки следа затянутой обуви к креплению подошв;

— предложена геометрическая модель взъерошивающих инструментов трансформационного типа и выявлена взаимосвязь факторов, определяющих качество проведения процесса взъерошивания;

— выделено два наиболее важных аспекта процесса работы взъерошивающих инструментов трансформационного типа — процессы радиального приращения инструмента и радиального натяжения абразивной ленты и в рамках выбранной геометрической модели разработаны математические модели этих процессов, связывающие основные конструктивно-технологические параметры;

— исследовано влияние конструктивно — технологических параметров на величину радиального приращения и силу натяжения абразивной ленты;

— выбраны конструкционные материалы для изготовления взъерошивающих инструментов трансформационного типа и исследовано влияние технологических нагрузок на их упругие свойства;

— оценен уровень качества, обеспечиваемый при использовании взъерошивающих инструментов трансформационного типа и абразивных лент в сочетании с металлическим шкивом.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы теории упругости и сопротивления материалов, метод экспертных оценок, методы математического анализа и регрессионные методы с использованием ПЭВМ.

Научная новизна. Научная новизна работы состоит в следующем:

— произведена классификация факторов, определяющих качество проведения процесса взъерошивания во взаимосвязи с конструктивно-технологическими параметрами взъерошивающих инструментов трансформационного типа;

— в рамках предложенной геометрической модели разработаны математические модели двух наиболее важных аспектов процесса работы взъерошивающих инструментов трансформационного типа — процесса радиального приращения инструмента и радиального натяжения абразивной ленты, которые связывают основные конструктивно-технологические параметры и позволяют исследовать степень их влияния;

— разработан метод выбора конструктивно-технологических параметров взъерошивающих инструментов трансформационного типа с учетом особенностей конкретного технологического процесса, обеспечивающий работоспособность инструментов и качество взъерошивания.

Практическая значимость. Разработанные теоретические методы образуют в совокупности научную основу для обеспечения качества проведения процесса взъерошивания при использовании взъерошивающих инструментов трансформационного типа, а также их работоспособности в условиях конкретного технологического процесса за счет выбора оптимального соотношения конструктивно-технологических параметров.

Исследована возможность использования в качестве конструкционных материалов для изготовления взъерошивающих инструментов трансформационного типа отечественных, тестированных, серийно выпускаемых резиновых пластин марок 2Ф-1- ТМКЩ — М — 45, 2Ф-1- ТМКЩ — С — 45, 2Ф-1-ТМКЩ — Т — 45. Определена степень влияния температурного поля как технологической нагрузки на их упругие свойства. Установлена их пригодность для указанных целей.

На основе проведенных исследований получены конкретные рекомендации по выбору конструктивно-технологических параметров взъерошивающих инструментов трансформационного типа, при которых обеспечивается работоспособность инструментов и качество обработки.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены на межвузовских научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Дни науки — 1999», «Дни науки — 2000», (СПГУТД, г. Санкт-Петербург), на обувном предприятии «Скороход», на научных семинарах кафедры технологии и конструирования изделий из кожи Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 научных работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографии и приложений. Работа.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

Вопросы, рассматриваемые в диссертационной работе, охватывают наиболее важные и недостаточно исследованные стороны общей проблемы обеспечения качества проведения процесса взъерошивания заготовок обуви.

1.На основе анализа научно-технической литературы сделаны выводы о том, что из существующих на настоящий момент систем управления движением инструмента, наибольшую точность обработки гарантирует система, преобразующая визуальную информацию о форме конкретной заготовки в сигнал, управляющий движением взъерошивающего инструмента, а наиболее перспективными взъерошивающими инструментами являются инструменты трансформационного типа.

2. Показано, что одной из основных проблем при обеспечении качества проведения процесса взъерошивания является несоответствие конструктивно-технологических параметров применяемых взъерошивающих инструментов особенностям конкретного технологического процесса, которые выражаются в различии у заготовок разного ассортимента пространственно-геометрической формы и рельефа затяжной кромки, сопротивлении материала заготовки резанию, в связи с чем для обеспечения надлежащего уровня качества на стадии технологической подготовки производства необходимо осуществлять выбор основных конструктивно-технологических параметров взъерошивающих инструментов с учетом особенностей конкретного технологического процесса.

3. Произведена классификация факторов, определяющих качество проведения процесса взъерошивания во взаимосвязи с конструктивно-технологическими параметрами взъерошивающих инструментов трансформационного типа.

4. Предложена геометрическая модель взъерошивающего инструмента трансформационного типа и для нее разработаны математические модели двух аспектов процесса работы инструмента — процесса радиального приращения и натяжения абразивной ленты.

5. Получено аналитическое выражение для расчета максимальной, технологически допустимой угловой скорости вращения инструмента, при которой гарантируется работоспособность инструмента и качество обработки.

6. Исследовано влияние конструктивно-технологических параметров на основные характеристики процесса работы инструментов рассматриваемого типа — величины радиального приращения и силу натяжения ленты. Полученная информация может использоваться при выборе оптимального соотношения конструктивно-технологических параметров взъерошивающих инструментов по заданным условиям технологического процесса.

7. Показано, что нагрев инструментов, вызванный выделением теплоты в процессе работы, вызывает изменение упругих свойств материала инструмента, что влечет за собой изменение величины радиального приращения и как следствие силы натяжения ленты. Это в свою очередь обуславливает изменение режущей способности ленты и, следовательно, может отрицательно сказаться на качестве обработки.

8. Предложены в качестве конструкционных материалов для инструментов трансформационного типа отечественные, стандартизованных, серийно выпускаемые резиновые пластины марок 2ФI- ТМКЩ — М — 45, 2ФI- ТМКЩ — С — 45, 2Ф-1- ТМКЩ — Т — 45 и произведено исследование влияния температурного поля (как основной технологической нагрузки) на их упругие свойства, в результате установлена их пригодность для предложенных целей.

9. Проведено сравнительное исследование уровня качества, обеспечиваемого при использовании инструмента в виде стального шкива с зафиксированной на нем абразивной ленты и разработанных на основе полученных в работе теоретических и экспериментальных данных инструментов трансформационного типа. Методом экспертной оценки установлено, что инструментами трансформационного типа по основным показателям обеспечивается более высокий уровень качества.

10. Разработанные теоретические методы образуют в совокупности научную основу для обеспечения качества проведения процесса взъерошивания при использовании взъерошивающих инструментов трансформационного типа, а также их работоспособности в условиях конкретного технологического процесса за счет возможности выбора оптимального соотношения конструктивно-технологических параметров.

1. Карагезян Ю. А. Теоретические основы расчета и проектирования рабочих органов обувных машин, взаимодействующих со сложными пространственными элементами заготовок обуви: Дис. докт. техн. наук. Санкт-Петербург, 1992,303 с.

2. Ширшинский Я. Полуавтоматический метод взъерошивания затяжной кромки обуви. — Лестер: НИИ фирмы BUSMC, 1976. — 40 с.

3. Стронгин Б. М., Зуев В. Т. Оснастка обувного производства. — М.: Легкая индустрия, 1974. -144 с.

4. Раяцкас В. Л., Нестеров В. П. Технология изделий из кожи: Учебник для вузов. — М.: Легпромбытиздат, 1988. — 320 с.

5. Пат. 312 110 ФРГ, МКИ3 A43D 37/ 00, Automatische Maschine zum Aufrauhen einer Schuheinheit, 1987.

6. Заявка 428 974 ЕР, МКИ5 A43D 37/00, Machine for automatically roughing the cement margin of a footwear upper assembly, 1988.

7. Заявка OS 3 610 077 ФРГ, МКИ5 A43D 37/00, Automatische Aufrauhmaschme,.

1988.

8. Карагезян Ю. А., Алексеев Ю. И., Бриш П. Современное зарубежное оборудование обувного производства. — М.: Легпромбытиздат, 1993. — 192 с.

9. Проспект фирмы «International» (Германия), 1992.

10. Пат. 4 649 585 США, МКИ5 A43D 37/ 00, Device for roughing the shoe-uppers, 1987.

11 .Файзиев Ф. Х. Разработка теоретических основ процесса взаимодействия щеточного ворса с обрабатываемым материалом при взъерошивании затяжной кромки верха обуви. Дис. канд. техн. наук. Санкт — Петербург. 1995,169 с.

12. Пат. 4 211 634 ФРГ, МКИ5 A43D 37/ 00, Apparatus for operating progressively along selected portions of shoe uppers, 1991.

13. Пат. 4 541 054 США, МКИ5 A43D 119/00, Determining an operating path of a tool in relation to a three-dimensional surface of a workpiece, 1986.

14. Проспект фирмы «BUSM Ltd» (Англия), 1998.

15. Экспресс информация / Обувная промышленность за рубежом. — 1980. -№ 1. с. 11−12.

16. Попов Н. Б. Автоматизация технологических процессов обувного производства с использованием визуальной информации: Дис. канд. техн. наук. СанктПетербург. 1996,194 с.

17. Пат. 9 528 105 Al WO, МКИ5 A43D 37/ 00, Метод последовательного взъерошивания кромок низа обуви, 1996.

18. Пустыльник Я. А. Новое обувное оборудование // КОП. — 1997. — № 2. — С.

27−28.

19. Пат. 9 524 838 Al WO, МКИ5 A43D 37/ 00, Установка для последовательной обработки надетой на колодку обуви по заданной траектории, 1996.

20. Пат. 89 372 ЧССР, МКИ5 A43D 37/ 00, Приспособления для взъерошивания заготовок обуви, 1985.

21. Ларченко Н. М. Анализ процесса взъерошивания следа затянутой обуви с целью определения основных технологических и конструктивных параметров рабочих органов: Дис. канд. техн. наук. Л., 1990. — 205 с.

22. Пат. 1 364 636 Франция, МКИ5 A43D 37/ 00, Устройство для взъерошивания верха обуви, 1987.

23. Бескоровайный В. В. Исследование и разработка процесса струйно-абразивной обработки деталей обуви с целью создания технологической установки: Дис. канд. техн. наук. — М., 1983. — 180 с.

24. Бескоровайный В В., Юрченко В. И. Возможности автоматизации процесса струйно-абразивной обработки деталей низа обуви // Известия вузов: Технология легкой промышленности. — 1987. — № 2. — С. 122−127.

25. Бабин Г. Е. Механическая обработка деталей низа обуви. — М.: Легпром-бытиздат, 1986. — 128 с.

26. Azman J. Quality of adhesion in the shoe industry // Shuh-Technik + abc. -1984. -№ 12. P. 894−898.

27. Пат. 2 287 392 Великобритания, МКИ5 A43D 95/00, Способ обработки низа обуви, 1997.

28. Пат. 5 560 062 А США, МКИ5 A43D 95/00, Способ и устройство для обработки низа обуви, 1997.

29. Пат. 655 207 ЕР, МКИ5 A43D 37/ 00, Автоматический станок для взъерошивания кромок верха обуви дискообразным инструментом, 1997.

30. Пушкин С. А. Разработка и исследование оптимальных параметров исполнительного механизма машин для взъерошивания затяжной кромки следа обуви: Дис. канд. техн. наук. Л., 1991. — 167 с.

31. Вальщиков Ю. Н. Основы теории расчета и проектирования щеточных устройств машин текстильной и легкой промышленности: Дис. докт. техн. наук. Л., 1991. 338 с.

32. Лурье Г. Б. Шлифование абразивными лентами. — М. Высшая школа, 1980.-47 с.

33. Филоненко-Бородич М. М. Курс сопротивления материалов. — М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1955. — 644 с.

34. Писаренко Г. С., Подгорный А. Н., Марченко Г. А. Основы и методы прикладной теории упругости: Учебное пособие для вузов. — Киев: — Вища школа, 1981.

— 328 с.

35. Биргер И. А., Мавлютов P.P. Сопротивление материалов: Учебное пособие. — М.: Наука, 1986. — 345 с.

36. Беляев Н. М. Сопротивление материалов. 15-е изд., перераб. — М.: Наука, 1976.-320 с.

37. Дарков А. В., Шпиро Г. С. Сопротивление материалов. — 4-е изд., перераб.

— М.: Высшая школа, 1975. — 284 с.

38. Писаренко Г. С., Матвеев В. В., Яковлев А. П. Справочник по сопротивлению материалов. — Киев: Наукова думка, 1975. — 370 с.

39. Работнов Ю. Н. Сопротивление материалов. — М. Физматгиз, 1962, — 320 с.

40. Тимошенко С. П. Сопротивление материалов. — 2-е изд., перераб. — М.: Наука, 1965. Т. 1−2.

42. Феодосьев В. И. Сопротивление материалов. 7-е изд., перераб. — Наука, 1974. -335 с.

43. Амензаде Ю. А. Теория упругости. — М.: Высшая школа, 1976. — 272 с.

44. Безухов Н. И. Основы теории упругости пластичности и ползучести. — М.: Высшая школа, 1968. — 512 с.

45. Безухов Н. И., Лужин О. В. Приложение методов теории упругости и пластичности к решению инженерных задач. — М.: Высшая школа, 1974. 200 с.

46. Винокуров Л. П. Теория упругости и пластичности. — Харьков: Харьк. гос. ун-та., 1965. — 328 с.

47. Кац А. М. Теория упругости. — М.: Гостехиздат, 1956. — 207 с.

48. Лейбензон Л. С. Курс теории упругости. — М.: Гостехиздат, 1947. — 464 с.

49. Лурье А. И. Теория упругости. М.: Наука, 1970. — 940 с.

50. Никифоров С. Н. Теория упругости. — М.: Гоестройиздат, 1955. — 284 с.

51. Рубинин М. В. Сопротивление материалов. М.: Машгиз, 1961. — 468 с.

52. Выгодский М. Я. Справочник по высшей математике. М.: Наука, 1966.

870 с.

53. Лурье А. И. Приближенное решение плоской задачи теории упругости для балки переменнного поперечного сечения. — Л.: 1939. — 17с.

54. Грановский Г. И., Грановский В. Г. Резание металлов: Учебник для машиностроительных и приборостроительных спецвузов. — М.: Высшая школа, 1985. -304 с.

55. Тихомиров В. Б. Планирование и анализ эксперимента. — М.: Легкая индустрия, 1974. -258 с.

56. Поздняков Б. П. Методы статистического контроля и исследования текстильных материалов. — М.: Легкая индустрия, 1978. — 275 с.

57. Попов С. А. Шлифовальные работы: Учебник для СПТУ. — М.: Высшая школа, 1987.-383 с.

58. Велькович М. А., Любовицкий В. П. Анализ взаимодействия щеточного ворса с поверхностью материала затяжной кромки верха обуви П Вестник межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Дни науки -1999», Доклады, СПГУТД, 1999, с. 90.

59. Велькович М. А., Любовицкий В. П. Результаты анализа изгиба ворса и переход к реальным конструкциям щеточных устройств // Вестник межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Дни науки — 1999», Доклады, СПГУТД, 1999, с. 96.

60. PIDIGI — your ideal partner? i Tecnica Calzaturiera. -1998. № 5. p. 124.