Хмельницький національний університет

ПРИБЕГА ДМИТРО ВОЛОДИМИРОВИЧ

УДК 685.34.024

УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ РОЗКРОЮВАННЯ ТА ПЕРФОРУВАННЯ ДЕТАЛЕЙ ВЕРХУ ВЗУТТЯ

Спеціальність 05.19.06 – технологія взуттєвих та шкіряних виробів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Хмельницький – 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Хмельницькому національному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: | кандидат технічних наук, доцент

Кармаліта Анатолій Костянтинович,

Хмельницький національний університет,

доцент кафедри машин та апаратів

Офіційні опоненти: | – Заслужений працівник народної освіти України, доктор технічних наук, професор Нестеров Владислав Петрович, Українська технологічна академія, президент Української технологічної академії

– кандидат технічних наук, доцент

Домбровський Анатолій Броніславович,

Хмельницький національний університет,

доцент кафедри технології та конструювання виробів із шкіри

Провідна установа: | Київський національний університет технологій та дизайну Міністерства освіти і науки України, м. Київ

Захист відбудеться “ 12 ” жовтня 2006 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 70.052.03 у Хмельницькому національному університеті за адресою: 29016, м. Хмельницький, вул. Інститутська, 11

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Хмельницького національного університету за адресою: 29016, м Хмельницький, вул. Інститутська 110

Автореферат розісланий “09” вересня 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради |

Домбровська О.М

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. На сучасному етапі важливий вплив на формування економічної ситуації в Україні має енергетичний фактор. В зв`язку з цим енергозбереження у всіх сферах діяльності суспільства – є одним із пріоритетних напрямків економічного розвитку України. Завдання економії енергоресурсів загострюється, оскільки стає необхідним зростання масштабів виробництва і підвищення якості продукції на основі використання сучасної техніки і технологій.

При виконанні таких технологічних операцій, як вирубування та перфорування деталей верху взуття, невірний вибір геометричних параметрів різака та матеріалу вирубної плити зокрема призводить до зменшення стійкості різака, що в свою чергу викликає додаткові витрати енергії, та роботу обладнання в режимі перевантаження. З іншого боку, така невідповідність призводить як до неякісного виконання даних технологічних операцій, так і до інтенсивного зношення поверхні вирубної плити, що відповідно призводить до додаткових витрат матеріалів та енергії, пов’язаних з переробкою, відновленням та виготовленням нових плит, а також до зниження продуктивності праці. Крім того, неякісна поверхня різання після вирубування призводить до погіршення товарного виду взуття, що вимагає проведення додаткових технологічних операцій.

Покращення якості виконання технологічних операцій вирубування та перфорування деталей верху взуття з одночасним зменшенням енергетичних витрат за рахунок використання нових типів приводів обладнання, а також шляхом підбору оптимальних технологічних режимів є актуальною проблемою і представляє інтерес для галузі легкої промисловості.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація відповідає напрямку наукових досліджень Хмельницького національного університету (Тема № 4Б – 2003. Напрямок “Наукові основи проектування високоефективних приводів легкої промисловості”. Номер державної реєстрації: 0103U001204).

Мета і завдання дослідження. Метою досліджень є удосконалення технології розкроювання та перфорування деталей верху взуття з натуральних шкір з одночасним зменшенням енерговитрат.

Для досягнення поставленої мети були визначені і вирішені завдання, які дозволили:–

виявити можливість та умови вирубування без розриву матеріалу;–

розробити математичну модель процесу різання натуральних шкір з урахуванням зусилля пружного опору матеріалу на вістрі леза різака, в’язкопружних властивостей натуральної шкіри, геометричних параметрів та величини зношення вістря леза різака, а також матеріалу вирубної плити;–

підвищити якість деталей верху взуття, не збільшуючи при цьому енергетичні витрати;–

визначити зусилля пружного опору матеріалу на вістрі леза різака;–

розробити програмований метод визначення напружень стискання матеріалу різаком з метою розв’язку математичної моделі;–

розробити метод проектування магнітно-імпульсного пресового обладнання для виконання технологічних операцій легкої промисловості з урахуванням результатів досліджень.

Об’єктом дослідження є технологічний процес розкроювання та перфорування деталей верху взуття з натуральних шкір.

Предметом дослідження є технологія вирубування при розкроюванні та перфоруванні деталей верху взуття з натуральних шкір.

Методи дослідження. Завдання, що поставлені в даній роботі, вирішувалися на основі сучасних математичних методів з використанням класичних положень теорії механіки, фізики, електротехніки, а також шляхом комп’ютерного моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:–

розроблено математичний опис визначення технологічного зусилля занурення різака в матеріал з урахуванням кута загострення різака, матеріалу вирубної плити та фізико-механічних властивостей натуральної шкіри; –

виконано моделювання процесу обтікання матеріалом клину на основі методу маркерів та комірок;–

отримані графічні залежності питомого значення максимального напруження стискання матеріалу від глибини занурення різака, які забезпечують розрахунок технологічного зусилля вирубування та перфорування деталей верху взуття;–

вперше запропоновано механізм дослідження умов виникнення випереджаючої тріщини на основі перерозподілу напружень в теоретичних точках занурення різака в матеріал, а також виявлено можливість та умови вирубування без розриву на малих та великих швидкостях;–

розроблено інженерний метод розрахунку технологічного зусилля вирубування та перфорування деталей верху взуття, що враховує швидкість руху інструменту, його геометричні параметри та ступінь зношення леза, фізико-механічні властивості матеріалу заготовки та вирубної плити.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що:–

розроблено обчислювальний алгоритм, на основі якого створено розрахункову програму моделювання процесу занурення різака в матеріал;–

встановлена доцільність застосування магнітно-імпульсної установки для виконання технологічних операцій вирубування та перфорування з метою підвищення їх якості;–

адаптовано конструкцію магнітно-імпульсного пресового обладнання ударної дії для виконання технологічних операцій вирубування та перфорування, технічна новизна якого підтверджена патентом України;–

удосконалено метод проектування енергозберігаючого обладнання, працездатність якого перевірена в наукових лабораторіях Хмельницького національного університету (м. Хмельницький).

Отримані результати дослідження процесу занурення різака в матеріал та його взаємодії з вирубною плитою можуть бути використані при проектуванні пресового обладнання з іншими приводами.

Результати дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі Хмельницького національного університету при підготовці спеціалістів по спеціальності 7.090222 “Обладнання легкої промисловості та побутового обслуговування” в курсах “Механічна технологія та обладнання підприємств” та “Хімічна технологія та обладнання підприємств”.

Особистий внесок здобувача полягає в постановці та вирішенні основних теоретичних та експериментальних завдань досліджень. Автору належать розробка інженерного методу розрахунку технологічного зусилля операції вирубування та перфорування деталей верху взуття; доведення можливості та визначення умов вирубування деталей взуття без розриву матеріалу; основні ідеї в розробці методики досліджень, наукових основ та методів проектування пресового обладнання з індукторними системами, а також узагальнення та аналіз результатів. У працях, виконаних із співавторами, особистий внесок здобувача полягає в обговорюванні поставлених задач, вирішенні теоретичних та виконанні експериментальних досліджень, обробці результатів експерименту, науковому обґрунтуванні отриманих результатів, формуванні висновків та написанні статей.

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

І українсько-польській науковій конференції ”Сучасні технології виробництва в розвитку економічної інтеграції та підприємництва” (м. Сатанів, 2003 р.);–

ІІІ українсько-польській науковій конференції “Механіка та інформатика” (м. Хмельницький, 2005 р.);–

всеукраїнських науково-технічних конференціях молодих вчених та студентів (КНУТД, м. Київ, 2002 – 2005 р.р.);–

науково-практичних конференціях професорсько-викладацького складу ХНУ (м. Хмельницький, 2002 – 2006 р.р.);–

засіданнях кафедри машин та апаратів легкої промисловості ХНУ

(м. Хмельницький, 2003 – 2006 р.р.).

Дисертація доповідалася повністю і одержала позитивну оцінку на:–

розширеному засіданні міжкафедрального семінару на базі кафедри машин та апаратів легкої промисловості ХНУ (м. Хмельницький, 2006 р.);–

розширеному засіданні міжкафедрального семінару на базі кафедри технології та конструювання виробів зі шкіри ХНУ (м. Хмельницький, 2006 р.).

Публікації. Результати дисертації були висвітлені у 10 публікаціях, серед яких: сім у фахових виданнях, рекомендованих ВАК України, та отримано три деклараційні патенти України на винахід.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку літературних джерел та додатків. Дисертація подана на 155 сторінках, в тому числі містить 67 ілюстрацій та 7 таблиць, 120 найменувань використаних літературних джерел. Додатки подано на 25 сторінках.

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’єктів, предметів та методів досліджень.

У першому розділі на основі досліджень умов взаємодії елементів системи „різак-матеріал-плита”, проведено аналіз факторів, що впливають на технологічне зусилля операцій вирубування та перфорування деталей взуття, а також виявлено негативний вплив експлуатації зношених різаків на роботу пресового обладнання в цілому.

На сьогоднішній день операції вирубування та перфорування деталей верху взуття виконують на електрогідравлічному пресовому обладнанні, швидкість руху ударника яких менше 0,5 м/с. При розкроюванні натуральних шкір на даному типі обладнання, в момент занурення різака на певну глибину, виникає випереджаюча тріщина, яка робить зріз більш шорстким, тобто рваним, що негативно впливає на якість деталей та взуття в цілому.

Встановлено, що збільшення швидкості вирубування призводить, з одного боку, до зростання технологічного зусилля, а з іншого, до покращення чистоти торцевої поверхні деталі.

Слід відмітити, що робіт, пов’язаних із дослідженням інших видів приводів обладнання для виконання швидкісного розкроювання у вітчизняній та зарубіжній літературі мало і вони не дають вичерпної та точної інформації, щодо впливу швидкості на технологічне зусилля.

Проведений аналіз літературних джерел показав, що на сьогоднішній день технологічні операції вирубування та перфорування деталей верху взуття із натуральних шкір в достатній мірі досліджувались багатьма вченими, а саме в роботах: І.І. Капустіна, Ю.П. Зибіна, Г.П. Базюка, Г.А. Піскорського, В.Е. Марголіна, В.А. Іванова та ін. Однак в даних роботах не приділяється належної уваги вивченню питань впливу матеріалу вирубної плити та величини зношення різака на технологічне зусилля вирубування та перфорування деталей взуття. Проте в своїх дослідженнях автори відмічають значний вплив вказаних факторів на силову взаємодію елементів системи „ударник-різак-матеріал-плита”. З чого випливає, що реальне зусилля вирубування значно відрізняється від теоретичного згідно існуючих методів розрахунку. Це призводить до значних втрат енергії як в результаті недовантаження, так і перевантаження пресового обладнання. Тому знаходження реального зусилля вирубування, що забезпечить можливість не допустити роботу обладнання в режимі перевантаження, а також розробка рекомендацій, щодо застосування нових енергозберігаючих типів приводів для вирубних пресів є актуальним завданням.

В зв’язку з цим було визначено подальший напрямок роботи: розробка математичної моделі процесу різання натуральних шкір з урахуванням їх в’язкопружних властивостей, геометричних параметрів та величини зношення вістря леза різака, а також матеріалу вирубної плити; визначення параметрів, які входять в математичну модель: – напруження стискання, – зусилля пружного опору матеріалу, – коефіцієнт тертя відповідно між матеріалом і різаком, та різаком і вирубною плитою; дослідження впливу матеріалу вирубної плити на технологічне зусилля вирубування та перфорування деталей верху взуття та якість виконання даних операцій; дослідження впливу геометричних параметрів та величини зношення вістря леза різака на величину зусилля в процесі занурення різака в матеріал; проведення експериментальних досліджень процесу занурення різака в матеріал з метою підтвердження адекватності математичної моделі реальним умовам; виявлення шляхів зменшення енерговитрат при виконанні технологічних операцій вирубування та перфорування деталей верху взуття з натуральних шкір на пресовому обладнанні різних типів; розробка методів проектування магнітно-імпульсного пресового обладнання для виконання технологічних операцій легкої промисловості з урахуванням результатів досліджень.

У другому розділі приведено математичну модель чотирьох-етапного процесу вирубування, що представлено на рис.1.

В результаті математичного моделювання процесу занурення різака в матеріал отримано вираз для визначення максимального зусилля прорубування матеріалу на традиційних електрогідравлічних пресах, що діє на другому етапі при умові :

, (1)

де – сила пружного опору матеріалу, Н;

– напруження стискання матеріалу, Н/мм2;

– відповідно коефіцієнт тертя між матеріалом і різаком та матеріалом і плитою;

– периметр леза різака;

,- кути загострення різака;

– допустиме напруження розриву матеріалу;

Максимальна глибина занурення різака в матеріал:

(2)

Поряд з цим із залежності (2) визначено умову вирубування ”до кінця”, тобто без розриву, коли :

(3)

Оскільки коефіцієнти тертя в процесі роботи змінювати неможливо, при постійній швидкості різання та чистоті поверхні леза різака і вирубної плити, умову рівняння (3) можна досягти лише регулюванням кута загострення різака, тобто:

(4)

Коефіцієнт тертя можна задати попереднім вибором матеріалу плити. Це дозволить збільшити кут загострення різака , а значить і стійкість різака.

Також в даному розділі вперше розглянуто етап взаємодії різака з матеріалом вирубної плити. Як відомо при вирубуванні на неметалевих плитах необхідно занурити різак в матеріал плити на 0,5...0,8 мм для гарантованого вирубання по всьому периметру деталі (рис. 1, г). В роботах вчених, що вивчали процес вирубування, дослідження цього етапу відсутнє. Вважалось, що на даному етапі сила занурення різака в плиту (рис. 2) різко збільшується, але вона не повинна перевищувати . Для цього необхідно відрегулювати прес за допомогою технологічного контакту. Отже, прес розраховувався на максимальну силу . Але практика показує, що при використанні вирубних плит, виготовлених з полімерних матеріалів, що мають значну твердість, при необхідному зануренні різака на величину 0,5 мм можливе значне перевищення максимального зусилля .

Аналогічно випадку занурення різака в матеріал, що вирубається, зусилля занурення різака в матеріал плити залежить від її фізико-механічних властивостей, кута загострення та величини зношення ріжучої кромки, глибини занурення різака в останню, та коефіцієнту тертя між різаком та плитою. Тому було поставлено завдання дослідити процес занурення різака в матеріал вирубної плити на глибину 0,5 мм, що є достатньою при розкроюванні натуральних шкір.

В результаті математичного моделювання процесу занурення різака в матеріал з метою визначення напружень стискання матеріалу різаком вирішувалась зворотна задача обтікання клиновидного інструменту матеріалом.

Була висунута гіпотеза, що дану задачу можна вирішити шляхом розв’язку рівнянь механіки суцільного середовища, а саме рівняння руху та нерозривності: |

(5)

де – густина матеріалу, кг/м3;

, – швидкості переміщення частинок середовища, м/с;

, – інерційні сили, що виникають при нерівномірному русі окремих частинок суцільного середовища, як наслідок нерівномірного руху інструменту, Н;–

коефіцієнт жорсткості;

– відповідно нормальні та дотичні складові тензору напружень, Па;

, – швидкості деформацій, м/с.

Для вирішення диференціальних рівнянь, що використовуються як в теорії пружності так і пластичності, було застосовано метод скінчених різниць. Згідно даного методу диференціальні рівняння руху і граничні умови записуються на сітці прямокутних комірок розміром , що покриває весь переріз матеріалу. Вигляд сітки встановлюється в залежності від геометричних параметрів різака та його ріжучої кромки. Типова комірка представлена на рис.3.

Використовуючи позначення і ,запишемо диференційні рівняння руху (5), що описують процес занурення різака в матеріал, у кінцево-різницевій формі, заміняючи диференційні оператори їхніми різницевими аналогами: |

(6)

З метою визначення напружень стискання матеріалу згідно рівнянь (6) було розроблено комплексну розрахункову програму, що також дозволяє наочно представити процес занурення різака в матеріал плити. На рис. 4 представлено схему розподілу напружень, що виникають в матеріалі внаслідок його стискання гранями інструменту при зануренні останього в матеріал, на 50 % його товщини, для різаків з кутом загострення 250, 350... 550.

Проаналізувавши якісну картину процесу занурення різака в матеріал та визначивши зону інтенсивної деформації волокон матеріалу, що орієнтовно дорівнює подвійній товщині різака , можна зробити наступний висновок: при розташуванні перфораційних просікачів на відстані меншій за зону інтенсивної деформації волокон матеріалу можливе виникнення випереджаючої тріщини не в напрямку різання , а під деяким кутом, що неодмінно призводить до погіршення якості виконання операції перфорування та зменшення міцності взуття в результаті концентрації напружень в цій зоні.

Поряд з якісною картиною процесу занурення різака в матеріал, в результаті комп’ютерного моделювання, отримано також кількісну характеристику протікання процесу різання. За результатами комп’ютерного моделювання отримано графічні залежності питомого значення максимального напруження, що виникає на гранях інструменту в результаті стискання матеріалу, від глибини занурення різака. Одну з таких залежностей приведено на рис.5.

Таким чином, проведене аналітичне дослідження процесу вирубування та перфорування деталей верху взуття дозволило побудувати математичну модель, яка описує даний процес з урахуванням властивостей матеріалу, геометричних параметрів інструменту та матеріалу вирубної плити. Розв’язок математичної моделі дозволяє знаходити максимальне зусилля, що необхідне для вирубування деталі периметром з різних матеріалів, а також визначити зусилля, що діє з боку матеріалу на різак на всіх етапах вирубування. Також застосовано скінчено-різницевий метод маркерів та комірок, який дозволяє розрахувати напруження, що діють з боку матеріалу на різак, згідно отриманих аналітичних залежностей. Розроблено програмований метод для дослідження процесу розкроювання матеріалу різаками, що мають різну геометрію, на основі якого розроблено розрахункову програму, що дає можливість наочно представити процес занурення різака в матеріал і тим самим дозволяє визначити зону деформації матеріалу ріжучою кромкою інструменту.

У третьому розділі приведено результати серії експериментальних досліджень, що дозволили визначити силу пружного опору матеріалу , яка входить в залежність (1), а також встановити вплив зношення вістря леза різака на дану величину; – коефіцієнтів тертя в системі „різак-матеріал-плита”. Поряд з цим проведені експериментальні дослідження щодо впливу матеріалу вирубної плити на технологічне зусилля вирубування (перфорування).

Визначена величина сили пружного опору матеріалу для різних видів шкіри та встановлена її залежність від кута загострення різака на спеціально сконструйованій експериментальній установці на базі швейної машини 224 кл. ПМЗ. Визначені питомі значення сили пружного опору приведено в табл.1.

В технічній літературі приводяться логарифмічні залежності технологічного зусилля від радіуса закруглення леза різака. В реальних умовах з першими зануреннями різака в матеріал чи вирубну плиту, відбувається поступове відламування кінчика леза різака нескінченно малих розмірів, яке супроводжується наступним викришуванням та деформацією леза, що суттєво впливає на збільшення опору матеріалу зануренню різака. Тому виникла необхідність дослідити вплив величини зношення леза різака на технологічне зусилля в залежності від кількості циклів навантажень (вирубувань). З цією метою було розроблено експериментальну установку також на базі швейної машини 224 кл. ПМЗ.

За результатами експерименту встановлена залежність питомого значення сили пружного опору від кількості циклів навантаження:

, (7)

де – питоме значення сили пружного опору матеріалу для різака під час його експлуатації, Н/мм;

– питоме значення сили пружного опору матеріалу для гострого різака, Н/мм;

– коефіцієнт зношення різака, що враховує кількість вирубувань.

За результатами проведеного експерименту отримані графічні залежності коефіцієнта від кількості циклів навантаження, кута загострення та матеріалу вирубної плити. Приклад таких залежностей приведено на рис. 6.

Для розрахунку технологічного зусилля згідно запропонованої методики необхідно мати значення коефіцієнтів тертя в системі ”різак-матеріал-плита”. В технічній літературі здебільшого приведено методики визначення коефіцієнтів тертя, а їх значення знаходиться в досить широких межах. Тому, з метою підвищення точності розрахунку, були проведені експериментальні дослідження з визначення коефіцієнтів тертя , результати яких наведені в табл. 2.

При виконанні технологічних операцій вирубування чи перфорування деталей з натуральних та синтетичних шкір можливий недоруб на окремих ділянках периметра, що виникає за рахунок неточності виготовлення різака чи перфораційної матриці та неякісної поверхні плити. Як зазначалось раніше, для гарантованого вирубування, необхідно занурити різак в плиту по всьому периметру на 0,5...0,8 мм, при цьому необхідно мінімізувати зусилля занурення різака в матеріал плити. Отже виникла необхідність дослідити процес занурення різака в матеріал вирубної плити на глибину 0,5 мм, що є достатньою при розкроюванні натуральних шкір.

За результатами експериментальних досліджень (табл. 2) встановлено, що коефіцієнти тертя в системі „різак-матеріал-плита” змінюються в досить широких межах. Як зазначено, від коефіцієнтів тертя в системі, що розглядається, залежить чистота обробки матеріалу та глибина занурення різака в матеріал до початку виникнення випереджаючої тріщини. Тому, для спрощення розрахунку технологічного зусилля вирубування, виконане групування коефіцієнти тертя в системі „різак-матеріал-плита” на декілька пар тертя, як це показано в табл. 3.

Таке групування коефіцієнтів тертя по парах дозволяє також зменшити інтервал варіювання при проведенні подальших експериментальних досліджень.

Дослідження процесу занурення різака в матеріал вирубної плити в умовно статичному режимі на задану глибину 0,5 мм проводилось за допомогою розробленої експериментальної установки (рис. 7). Для дослідження впливу швидкості інструменту на зусилля занурення різака в матеріал плити розроблена експериментальна установка, що представлена на рис. 8.

В результаті проведення серії експериментальних досліджень визначено зусилля занурення різака в плиту, а також отримано апроксимованні функції коефіцієнту динамічності для матеріалів, що досліджувались. Результати експерименту приведено в табл. 4.

Відомо, що при зануренні різака в матеріал, можливе виникнення випереджаючої тріщини, яка погіршує якість виконання технологічних операцій вирубування та перфорування.

Розвиток тріщини в околі вістря пов’язаний із значною концентрацією та перерозподілом напружень. Даний перерозподіл напружень залежить від багатьох як явних, так і прихованих факторів. Згідно запропонованої теорії вирубування (залежність (2)), до їх числа, крім фізико-механічних властивостей матеріалу, також можна віднести вплив матеріалу вирубної плити та шорсткості її поверхні, кут загострення різака та величину притуплення його вістря, а також коефіцієнти тертя між бічними гранями різака і матеріалом та матеріалом і плитою.

Для дослідження впливу швидкості вирубування на глибину занурення різака в матеріал, до початку виникнення випереджаючого розриву використано експериментальну установку (рис. 8). В результаті отримано діаграми зміни динамічного зусилля від часу занурення різака в матеріал, приклад якої представлено на рис. 9.

Обробка діаграм дозволила побудувати графічні залежності глибини занурення різака в матеріал до початку виникнення випереджаючої тріщини від швидкості його занурення для можливих комбінацій пар тертя системи „різак-матеріал-плита” (табл. 3). Приклад залежностей для однієї з таких пар наведено на рисунку 10.

За визначеними графічними залежностями можна встановити глибину занурення різака в матеріал в залежності від матеріалу вирубної плити, кута загострення різака та швидкості його занурення.

В результаті обробки серії експериментальних даних визначено: зусилля пружного опору матеріалу , а також його залежність від величини зношення різака; коефіцієнти тертя в системі „різак-матеріал-плита” при розкроюванні та перфоруванні натуральних шкір; зусилля занурення різака в матеріал плити на глибину 0,5 мм, що забезпечує гарантований розкрій натуральних шкір, а також встановлено вплив швидкості ударника на дану величину; умови виникнення випереджаючого розриву. Перевірка адекватності математичної моделі реальним умовам показала, що розбіжність результатів отриманих теоретичним і експериментальним шляхом лежить в межах 12,5%, що є допустимим для таких матеріалів.

У четвертому розділі приведено метод інженерного розрахунку технологічного зусилля вирубування та перфорування деталей взуття з натуральних шкір з урахуванням результатів експериментальних досліджень. Розроблено метод проектування та запропоновано конструкцію високоефективного магнітно-імпульсного пресового обладнання для виконання технологічних операцій легкої промисловості, що забезпечує вирубування ”до кінця”, сприяє підвищенню продуктивності праці та зменшенню енергетичних витрат обладнання.

Для розрахунку технологічного зусилля вирубування згідно методу, що пропонується, використані залежності максимальної сили вирубування, що діє на різак з двостороннім симетричним загостренням з боку матеріалу на другому умовному етапі:

(12)

Вихідні дані для розрахунку:

периметр різака , мм;

вид матеріалу, що обробляється ( );

кут загострення різака ;

вид матеріалу вирубної плити ( );

швидкість руху ударника преса , м/с;

Оскільки вістря леза різака в процесі експлуатації зношується, необхідно врахувати вплив даної величини на зусилля . На етапі проектування пресового обладнання необхідно вибирати значення коефіцієнта (7), що відповідає закінченню періоду прироблення вістря леза різака, тобто періоду нормальної експлуатації (рис. 6).

Тоді формула (12) прийме вигляд:

(13)

Для визначення максимальної глибини занурення різака в матеріал, тобто до початку виникнення випереджаючого розриву, використані емпіричні залежності, які наведено на рис. 10.

Напруження визначені згідно залежностей, отриманих в результаті комп’ютерного моделювання процесу обтікання клину матеріалом, відповідно до рис. 5.

Значення сили пружного опору матеріалу Р визначені експериментальним шляхом (табл.1).

Виконання досліджених технологічних операцій можливе на різних типах пресового обладнання, що відрізняються швидкістю руху робочих органів. Коректування значення виконанно за формулою.

(14)

де – коефіцієнт динамічності.

Визначення коефіцієнту динамічності виконано на основі відомих залежностей.

Розраховане значення технологічного зусилля співставлене із зусиллям , яке необхідне для занурення різака в матеріал плити на 0,5 мм, що забезпечує гарантоване вирубування. Якщо при співставленні зусилля занурення різака в матеріал плити перевищує технологічне зусилля за формулою (14), то необхідно або замінити матеріал вирубної плити, або на етапі проектування, при визначенні основних параметрів пресового обладнання, використовувати значення .

В результаті експериментальних досліджень встановлено, що збільшення швидкості ударника пресового обладнання понад 5 м/с забезпечує занурення різака в матеріал на 100% його товщини, тобто без розриву, що призводить до покращення якості продукції. З метою підвищення продуктивності праці та зменшення енергетичних витрат обладнання розроблено конструкцію магнітно-імпульсної установки для виконання технологічних операцій вирубування та перфорування деталей верху взуття (рис.11).

Розроблене магнітно-імпульсне пресове обладнання дає змогу виконувати операції вирубування та перфорування деталей верху взуття. На відміну від недосконалих, з точки зору енерговитрат, електрогідравлічних типів приводів, що споживають електричну енергію під час всього технологічного циклу вирубування, розроблене обладнання споживає електроенергію дискретно.

При використанні запропонованого типу магнітно-імпульсного обладнання час, що витрачається на безпосереднє вирубування, залежить від швидкості робочого органу і лежить в межах 0,004...0,0002 сек. Переваги застосування магнітно-імпульсної установки приведено в табл. 5.

Підвищення якості виконання технологічних операцій вирубування та перфорування підтверджено фотознімками зрізу натуральної шкіри, що отримані в результаті швидкісного та умовно статичного вирубування (рис. 12).

Знімки показують, що при швидкісному методі (рис. 12, а) відбувається вирубування „до кінця”, на відміну від умовно статичного (рис. 12, б). Продуктивність праці при цьому підвищується на 21% порівняно з гідравлічним пресом ПВГ 8–2–0, за рахунок збільшення швидкості ударника.

ВИСНОВКИ

1. Теоретичні та експериментальні дослідження процесу розкроювання та перфорування деталей верху взуття дозволили удосконалити існуючу технологію за рахунок раціонального вибору елементів системи „обладнання-різак-матеріал-плита”, що привело до підвищення якості процесу різання деталей з натуральних шкір, а також зростання продуктивності праці на 21% з одночасним зменшенням енерговитрат.

2. Вперше, в результаті експериментальних досліджень та комп’ютерного моделювання, знайдено зусилля пружного опору на вістрі різака та напруження стискання матеріалу гранями різака для основних матеріалів верху взуття, що значно уточнює визначення технологічного зусилля вирубування за допомогою математичної моделі.

3. Розроблено математичну модель процесу різання натуральних шкір з урахуванням їх в’язкопружних властивостей, геометричних параметрів та величини зношення вістря леза різака, а також матеріалу вирубної плити, що дає можливість встановити умови вирубування без випереджаючої тріщини на електрогідравлічному пресовому обладнанні шляхом підбору параметрів різаків та матеріалу вирубної плити.

4. Вперше в математичній моделі процесу різання натуральних шкір досліджено етап взаємодії ріжучого інструменту з матеріалом вирубної плити, що дозволяє експериментально встановити залежність технологічного зусилля вирубування від матеріалу плити.

5. Встановлено, що недоцільним є використання алюмінієвих плит, що призводить до зменшення стійкості інструменту та підвищення динамічного навантаження на пресове обладнання. Ефективнішим є використання поліетиленових плит при виконанні технологічних операцій вирубування та перфорування як на електрогідравлічному так і на магнітно-імпульсному пресовому обладнанні. При виконанні технологічної операції перфорування можливе також використання плит з полівінілхлориду.

6. Встановлено, що застосування магнітно-імпульсного пресового обладнання призводить до покращення якості виконання технологічних операцій, що проявляється в повному вирубуванні без виникнення випереджаючого розриву. Визначено, що циклові витрати електроенергії при виконанні технологічної операції вирубування на магнітно-імпульсній установці в 29 разів менші в порівнянні з енерговитратами при використанні пресу ПВГ –8–2–0.

7. Розроблені рекомендації по удосконаленню технологгії та обладнання для виконання технологічних операцій вирубування та перфорування деталей верху взуття, що забезпечують передумови створення нового енергозберігаючого обладнання.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Кармаліта А.К., Прибега Д.В., Поліщук О.С. Перспективи застосування магнітно-імпульсної обробки для виконання технологічних операцій легкої промисловості // Вісник Технологічного університету Поділля. – 2002. – №1. –

С. 94 – 97.

2. Прибега Д.В., Кармаліта А.К., Поліщук О.С. Фізична модель процесу вирубування деталей взуття на магнітно-імпульсній установці // Вісник Технологічного університету Поділля. – 2003. – №1, Ч. 1. – С. 178 – 180.

3. Кармаліта А.К., Поліщук О.С., Прибега Д.В. Дослідження процесу вирубування деталей взуття в статичному режимі // Вісник Технологічного університету Поділля. – 2003. – №6, Ч. 1, Т. 2. – С. 199 – 202.

4. Прибега Д.В., Кармаліта А.К., Поліщук О.С. Застосування аналого-цифрових перетворювачів при проведенні експериментальних досліджень по визначенню параметрів вирубування взуттєвих матеріалів// Вісник Технологічного університету Поділля. – 2004. – №5. – С. 99 – 103.

5. Онофрійчук В.І., Драпак Г.М., Прибега Д.В. Експериментальне дослідження специфічних властивостей матеріалів верху взуття // Вісник Хмельницького національного університету. – 2005. – №1. Ч. 1 – С. 139 – 142.

6. Прибега Д.В. Залежність сили пружного опору матеріалу від геометричних параметрів різаків // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. – 2005. – №5.– С. 144 – 148.

7. Прибега Д.В., Кармаліта А.К., Алексієнко А.І. Вплив матеріалу вирубної плити на процес вирубування та перфорації деталей взуття // Вісник Хмельницького національного університету. – 2006. – №1.– С. 185 – 187.

8. Пат. 68475А Україна, МКИ А 43 D 8/18. Пристрій для виконання перфорації деталей з м’якого еластичного матеріалу / Д.В. Прибега, А.К. Кармаліта, О.С. Поліщук – № 2002042690; Заявл. 04.04.02; Опубл. 16.08.04, Бюл. №8. – 2 с.

9. Пат. 9927 Україна, МКИ А 43 D 8/04. Прес для вирубування деталей з листового матеріалу та натуральної шкіри / Д.В. Прибега, А.К. Кармаліта, О.С. Поліщук – № u200503939; Заявл. 25.04.05; Опубл. 17.10.05, Бюл. №10. – 3 с.

10. Пат. 10262 Україна, МКИ А43 D8/04, А43 D8/36. Енергозберігаючий прес для вирубування деталей взуття / Д.В. Прибега, А.К. Кармаліта, О.С. Поліщук, С.С. Шевчук – № u200503000; Заявл. 01.04.05; Опубл. 15.11.05, Бюл. №11. – 2 с.

У публікаціях 1, 2, 3 здобувачеві у співавторстві з керівником належать основні ідеї, теоретичні обґрунтування процесу занурення різака в матеріал, узагальнення та висновки; 4, 6, 7 автору належать основні положення, теоретичні обґрунтування, результати експерименту, їх обробка і узагальнення в статі, висновки публікації; 5 автору належать основні ідеї щодо створення пристрою для визначення специфічних властивостей матеріалів верху взуття, висновки.

АНОТАЦІЯ

Прибега Д. В. Удосконалення процесу розкроювання та перфорування деталей верху взуття. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.19.06 – технологія взуттєвих та шкіряних виробів. – Хмельницький національний університет, Хмельницький, 2006.

Дисертація присвячена дослідженню процесу вирубування та перфорування деталей верху взуття з натуральних шкір, а також розробці науково обґрунтованого методу розрахунку технологічного зусилля, як при розкроюванні на існуючих конструкціях електрогідравлічного пресового обладнання, так на магнітно-імпульсному обладнанні, що забезпечить підвищення якості продукції, зменшення енерговитрат обладнання та підвищення продуктивності праці.

В результаті виробничих спостережень, а також аналітичних та експериментальних досліджень розроблено інженерний метод розрахунку технологічного зусилля операцій вирубування та перфорування, визначено оптимальні режими процесу розкроювання як на існуючих конструкціях електрогідравлічного пресового обладнання, так і на запропонованому магнітно-імпульсному обладнанні; розроблено методику проектування високоефективного магнітно-імпульсного пресового обладнання для виконання технологічних операцій легкої промисловості, що забезпечує вирубування ”до кінця”, сприяє підвищенню продуктивності праці та зменшенню енергетичних витрат обладнання; розроблено рекомендації щодо оптимального співвідношення елементів системи „різак-матеріал-плита”.

Ключові слова: перфорування, вирубування, сила пружного опору матеріалу, система „ударник-різак-матеріал-плита”, кут загострення різака, ріжуча кромка, зносостійкість леза різака, вирубування ”до кінця”, технологічне зусилля вирубування, магнітно-імпульсне пресове обладнання.

АННОТАЦИЯ

Прибега Д.В. Усовершенствование процесса раскраивания и перфорирования деталей верха обуви. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.19.06 – технология обувных и кожаных изделий. – Хмельницкий национальный университет, Хмельницкий, 2006.

Диссертация посвящена исследованию процесса вырубывания и перфорирования деталей верха обуви из натуральных кож, а также разработке научно обоснованного метода расчета технологического усилия, как при раскраивании на существующих конструкциях электрогидравлического прессового оборудования, так и на магнитно-импульсном оборудовании.

Использование магнитно-импульсного оборудования, которое получило достаточно широкое применение в других отраслях народного хозяйства, обеспечит следующее:

ѕ повышение качества продукции з счет большего погружения резака в раскраиваемый материал до момента возникновения опережающего разрыва;

ѕ уменьшение энергозатрат оборудования, за счет дискретного потребления энергии непосредственно в момент вырубывания;

ѕ повышение производительности труда на 21% по сравнению с использованием традиционного пресса ПВГ–8–2–0.

В результате производственных наблюдений, а также аналитических и экспериментальных исследований, с целью повышения качества раскраивания деталей верха обуви из натуральных кож, получены следующие результаты:

ѕ разработана методика определения упругого сопротивления материала погружению резака, а также метод определения момента возникновения опережающего разрыва материала, с учетом скорости погружения инструмента;

ѕ разработан инженерный метод расчета технологического усилия операций вырубывания и перфорирования;

ѕ определены оптимальные режимы процесса раскраивания как на существующих конструкциях электрогидравлического прессового оборудования (ПО), так и на магнитно-импульсном ПО;

ѕ разработана методика проектирования высокоэффективного магнитно-импульсного ПО для выполнения технологических операций легкой промышленности, которое обеспечивает вырубывание "до конца", способствует повышению производительности работы и уменьшению энергетических затрат оборудования;

ѕ разработаны ряд рекомендаций, относительно оптимального использования и соотношения элементов системы „резак-материал-плита”.

Ключевые слова: перфорирование, вырубывание, сила упругого сопротивления материала, система „ударник-резак-материал-плита”, угол заточки резака, режущая кромка, износоустойчивость лезвия резака, вырубывание "до конца", технологическое усилие вырубывания, магнитно-импульсное прессовое оборудование.

ANNOTATION

Prybega. D. V. Improvement of process of cutting out and perforation of details of top of shoes Manuscript.

Dissertation for obtaining the degree of the Candidate of Technical Sciences in specialty 05.19.06 – technology of footwear and leather goods, Khmelnitskiy National University, Khmelnitskiy, 2006.

The dissertation is devoted to the development of process method of felling and perforation of details of top of shoes of natural skins, and also to development of scientifically method of calculation of technological effort, as at cutting out on the existent constructions of electro-hydraulic press equipment, so on a magnetically impulsive equipment, which will provide improving products, decrease of power inputs of equipment and increase of the labour productivity.

As a result of supervisions of productions, and also analytical and experimental researches the engineering method of calculation of technological effort of operations of felling and perforation is developed, optimum modes of process of cutting out both on the existent constructions of electro-hydraulic press equipment and on the offered magnetically impulsive equipment is elaborated; the method of planning of high-performance magnetically impulsive press equipment is developed for implementation of technological operations of light industry which provides felling to the ”end”, promotes to increasing of production of work and to decreasing power expenses of equipment; recommendations with regard to optimum correlation of elements of the system ”cutter-material-flag” are developed.

Keywords: perforation, felling, force of resilient resistance of material, system ”shock-worker-cutter-material-flag”, corner of sharpening of cutter, cutting edge, wear resistant of blade of cutter, felling to the ”end”, technological effort of felling, magnetically impulsive press equipment.

Підписано до друку 6.08.2006. Формат 6090/16.

Ум. друк. арк. – 1. Наклад. 100 прим. №576.

ПП Ковальський.

29000, м.Хмельницький, вул. Свободи, 53