Взаимодействие рабочих органов и материалов при обработке резанием по сложным контурам

Цель работы: Исследования в области инновационных научно-обоснованных технических решений по созданию универсального режущего инструмента и раскройных устройств, для раскроя материалов при изготовлении потребительских товаров.

Объект исследования: Механический точечный раскройный инструмент и устройства для резания различных материалов по сложному контуру.

Актуальность работы: Определяется потребностью в совершенствовании механического раскройного инструмента, в том числе, механического, который является наиболее распространенным в устройствах и агрегатах для раскроя материалов в производстве изделий. Наряду с механическим раскройным инструментом (МРИ), имеющим в плоскости резания развитые геометрические размеры (пластинчатый, ленточный, дисковый ножи и т. д.) в различных технологических процессах применяется раскрой инструментами, не имеющими доминирующих геометрических размеров.

Применение такого инструмента значительно упрощает способ взаимного перемещения объекта обработки и инструмента при автоматизированном раскрое, в связи с исключением угловой ориентации инструмента. Таким образом, разработка такого инструмента позволит объединить преимущества механического раскроя и раскроя с использованием луча лазера, струи воды, микроплазменной струи, тока высокой частоты, ультразвука, электроискрового разряда, использование которых в технологических процессах легкой промышленности нерационально из-за высокой стоимости и низкой эффективности. В ранее опубликованных работах [1] такой инструмент назван «точечным механическим режущим инструментом» (ТМРИ). Использование ТМРИ позволит упростить конструкцию, технологическое и программное обеспечение управлением процесса, за счет уменьшения числа необходимых движений совершаемых ножом и ликвидации операции заточки.

Задачи исследования.

1. Анализ технических средств и раскройных устройств, применяемых в производстве изделий широкого потребления и направления их совершенствования.

2. Разработка предложений по использованию раскройного механического инструмента круглого сечения и схем раскройных устройств.

3. Разработка методов расчета, определение параметров и режимов работы раскройного инструмента и устройств.

4. Экспериментальная проверка расчетных выводов и определение необходимых данных для разработки предложений и рекомендаций по созданию ТМРИ и раскройных устройств.

5. Анализ и рекомендации по способам изготовления ТМРИ.

6. Разработка научно — технических предложений и рекомендаций по созданию ТМРИ и раскройных устройств.

Методы исследования. В работе сочетаются теоретические и экспериментальные методы исследования. Исследования выполнены с использованием положений механики, сопротивления материалов, высшей и прикладной математики, электротехники. Для проведения экспериментальных исследований были разработаны опытные установки, оснащенные электронной измерительной аппаратурой, с использованием компьютерной техники.

Научная новизна и практичная полезность работы. Научная новизна работы заключается в разработке методов проектирования и расчета механического раскройного инструмента круглого сечения, и раскройных устройств для его применения, определении параметров и режимов работы данных устройств.

Реализация результатов работы. Использование результатов при разработке технических решений, опытных установок и их экспериментальной проверки в лабораторных условиях. Сравнение аналитических и экспериментальных результатов для дальнейших рекомендаций по созданию автоматизированных раскройных устройств, с применением механического режущего инструмента круглого сечения.

Апробация работы. Основные результаты и рекомендации диссертационной работы были обсуждены и получили положительную оценку на кафедре МАЛП МГУДТ, на 53 и 54 научно — технических конференциях студентов и молодых ученных «Молодые ученые XXI веку» (в 2001 и 2002 г.), на Пятой Международной научно-методическая конференция (Россия, Москва, 3−4 апреля 2003 г.), на Международном симпозиуме «Индустрия моды» (Россия, Москва, 31 марта — 7 апреля 2007 г.), на Международной научно-технической конференции (Россия, Дивноморское, Геленджик 24−29 сентября 2007 г.).

Публикации. По теме данной работы в различных печатных изданиях опубликовано 8 статей (2 из них в журналах, рекомендованных ВАК).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения по работе, списка литературы и приложений. Работа изложена на 155 страницах, включая 60 рисунков, 18 таблиц и 4 приложения.

выводы.

1. Установлено, нормальная составляющая силы резания при резании ТМРИ существенно зависит от вида раскраиваемого материала, скорости подачи материала, скорости ассциляции ножа.

2. Экспериментально выявлено, что для струнного инструмента увеличение среднего значения линейной скорости ножа от 2 до 3,5 м/с приводит к уменьшению усилия резания в 1,5 раза (хлопчатобумажная ткань), 1,4 раза (шерстяная ткань) — 1,4 раза (джинсовая ткань), увеличение скорости подачи от 0,6 до 3 м/мин при раскрое тканей приводит к увеличению нормальной составляющей силы резания в 2 раза (хлопчатобумажная ткань), 2,3 раза (шерстяная ткань) — 2,6 раза (джинсовая ткань).

3. Качественная оценка подтвердила работоспособность ТМРИ струнного типа при его движении как с переменной, так и с постоянной скоростью.

4. Сравнение практических результатов параметров процесса резания точечным инструментом со значениями полученными при теоретических расчетах позволяет сделать вывод о достаточно высокой степени точности при оценке параметров эксперимента.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПО РАБОТЕ.

Анализ оборудования для раскроя материалов легкой промышленности показал, что в настоящее время основным режущим инструментом является механический режущий инструмент, используемый при ручном и автоматизированном раскрое.

Проведенный анализ технической и патентной литературы показал, что одним из направлений развития механического инструмента (МРИ) является создание точечного механического режущего инструмента (ТМРИ), который позволит совместить преимущества механического инструмента и новых способов раскроя (лучом лазера, плазмой, струей воды, током высокой частоты и т. д.).

Такой инструмент позволит значительно упростить конструкцию раскройных агрегатов, уменьшить объем программного обеспечения, и сократить затраты времени на составление программ.

В работе предложены возможные варианты исполнения ТМРИ и даны рекомендации по структуре и способам изготовления его режущего слоя.

На основе анализа патентной литературы, конструкций промышленного оборудования выделены наиболее эффективные схемы раскройных устройств, узлов и механизмов раскройного оборудования на базе ТМРИ: раскройного стола, устройства привода и координатного перемещения инструмента. Предложены варианты наиболее рациональных автоматизированных раскройных систем с использованием ТМРИ. Выделены достоинства и недостатки всех вариантов раскройных систем с применением ТМРИ.

Проведенный в работе анализ характеристик движения объекта контурной обработки позволит выбрать рациональный способ его перемещения с учетом минимизации динамических нагрузок.

Анализ резания ТМРИ показывает, что при взаимодействии микролезвия со структурой материала (волокна ткани, кожи и др.) происходит либо микроскопический срез, либо разрыв волокон (динамический вид резания). Характер взаимодействия абразивного инструмента с раскраиваемым материалом зависит от качеств режущей поверхности ножа, эксплуатационных условий процесса раскроя от свойств материала и настила, таких как плотность, средняя разрывная нагрузка и средняя линейная плотность волокон, деформационных характеристик материала. От этих параметров зависит качество вырезаемых деталей (точность кроя и чистота среза). Эти факторы необходимо учитывать при выборе инструмента и технологических параметров процесса. При больших скоростях ассоциляции резание с помощью ТМРИ напоминает резание пластинчатым ножом.

Выведены аналитические зависимости для определения параметров резания ТМРИ. Нормальная составляющая силы резания при резании ТМРИ существенно зависит от вида раскраиваемого материала, скорости подачи материала, скорости ножа вдоль оси.

Качественная оценка подтвердила работоспособность ТМРИ при его движении как с переменной, так и с постоянной скоростью.

Сравнение практических результатов параметров процесса резания точечным инструментом со значениями, полученными при теоретических расчетах, позволяет сделать вывод о достаточно точной оценке параметров эксперимента.