ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
ХМЕЛЬНИЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
БУХАНЦОВА ЛЮДМИЛА василівна
УДК 687.016:687.4.02:687.45
удосконалення ПРОЦЕСУ ФОРМуВАННЯ ЖІНОЧИХ ГОЛОВНИХ УБОРІВ
Спеціальність 05.19.04 - технологія швейних виробів
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Хмельницький – 2007
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана у Хмельницькому національному університеті Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент
Кущевський Микола Олександрович,
Хмельницький національний університет,
завідувач кафедри технології та конструювання
швейних виробів
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Березненко Сергій Миколайович,
Київський Національний університет технологій та дизайну, завідувач кафедри технології та конструювання швейних виробів
кандидат технічних наук
Білей-Рубан Наталія Василівна,
Мукачівський технологічний інститут, доцент кафедри технології і конструювання швейних виробів
Провідна установа: Херсонський національний технічний університет
(кафедра механічної технології волокнистих матеріалів)
Міністерства освіти і науки України, м. Херсон
Захист відбудеться “17” травня 2007 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 ознайомитися у бібліотеці Хмельницького національного університету за адресою: 29016, м. Хмельницький, вул. Кам’янецька, 120.
Автореферат розісланий “ 12 ” квітня 2007 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
кандидат технічних наук, доц. Домбровська О.М.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Розширення асортименту та підвищення конкурентноздатності швейних виробів можливе за рахунок впровадження інноваційних технологій та обладнання, створених на основі досягнень вітчизняної науки.
На сьогодні значна увага приділяється розробці нових енергозберігаючих технологій виготовлення швейних виробів, серед яких чільне місце займають процеси волого-теплового оброблення (ВТО).
Формоутворення деталей швейних виробів відбувається статичними та динамічними методами шляхом зміни грубої та тонкої структури матеріалів. На відміну від статичних, динамічні методи формотворення дозволяють більш ефективно трансформувати плоско орієнтований матеріал у деталі об’ємної форми.
Серед швейних виробів складною формою вирізняються головні убори. Сучасна технологія формоутворення головних уборів з швейних матеріалів передбачає застосування конструктивного способу та формування шляхом ВТО. У основі класичної технології формування головних уборів лежать стадії ВТО, тобто підготовки матеріалу до формування, його деформації та фіксації отриманої форми.
При формуванні головних уборів операції по підготовці деталей до формування та операції їхнього кінцевого оброблення є трудомісткими. У зв’язку з цим виникає необхідність зменшення трудових та енергетичних витрат процесу формоутворення головних уборів та підвищення якості формованих деталей за рахунок виключення ряду операцій. Перспективними напрямками при цьому є застосування динамічних навантажень та активних робочих середовищ. Серед останніх новим та не дослідженим є напрямок формування деталей швейних виробів у рідинно-активному робочому середовищі (РАРС).
Саме тому, виникає необхідність удосконалення процесу формування головних уборів при застосуванні динамічних навантажень та РАРС шляхом розробки нового методу формування деталей високого рівня якості з різних тканин.
Метою роботи є підвищення якості головних уборів при мінімізації енергетичних та трудових витрат на основі використання РАРС з урахуванням властивостей грубої структури тканин. Для досягнення поставленої мети у дисертації вирішені наступні завдання:
- проведено аналіз існуючих методів формоутворення деталей швейних виробів;
- розроблено теоретичні підходи до гідродинамічного формування деталей головних уборів;
- розроблено спосіб та установку для гідродинамічного формування деталей головних уборів, а також методику оцінки їхньої якості;
- досліджено закономірності зміни грубої структури тканин в процесі гідродинамічного формування деталей об’ємної форми;
- досліджено вплив основних параметрів на якість процесу гідродинамічного формування деталей з тканин;
- визначено оптимальні значення параметрів процесу гідродинамічного формування деталей головних уборів;
- проведено оцінку якості деталей головних уборів з різних тканин.
Об’єктом дослідження є процес формування деталей головних уборів із тканин.
Предметом дослідження є спосіб формування головних уборів у РАРС.
Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконувалася відповідно до напрямку “Новітні технології та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та агропромисловому комплексі” (Закон України “Про пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки” від 11.07.2001 р. за № ) та відповідно до напрямку наукових досліджень Хмельницького національного університету “Розробка методів досліджень властивостей матеріалів для проектування та виготовлення одягу” від 02.09.2003 р. за №1.
Методи дослідження. Для досягнення поставленої мети у роботі використані традиційні та сучасні методи дослідження. Теоретичною та методологічною основою є системний підхід до вивчення процесу формування деталей головних уборів при використанні РАРС.
При виконанні досліджень використано сучасні стандартизовані методи визначення структурних та фізико-механічних властивостей текстильних матеріалів, методи математичного моделювання та регресійного аналізу.
Обробку результатів досліджень проводили методами математичної статистики на ПК за допомогою умовно безкоштовних програм NUMERI та PAKET.
Наукова новизна отриманих результатів полягала в тому, що:
- розроблений механізм процесу гідродинамічного формування деталей головних уборів з тканин;
- отримані аналітичні закономірності зміни грубої структури тканин в процесі гідродинамічного формування, які дозволяють прогнозувати якість формованих деталей та їхню формостійкість;
- вперше визначені залежності коефіцієнта формостійкості від основних параметрів гідродинамічного формування деталей головних уборів;
- розроблена математична модель процесу гідродинамічного формування деталей головних уборів;
- розроблений узагальнений показник якості деталей головних уборів, який реалізований у методиці оцінки якості гідродинамічного формування.
Практичне значення отриманих результатів полягає в наступному:
- розроблена установка для формування деталей головних уборів, новизна якої підтверджена деклараційним патентом України;
- запропоновані залежності зміни грубої структури костюмно-пальтових тканин після гідродинамічного формування для раціонального підбору матеріалів верху при виготовленні головних уборів;
- запропоновані поперечний та поздовжній коефіцієнти, які відображають співвідношення висоти голови спереду Вгсп, поздовжнього та поперечного діаметрів голови, які використовують для визначення внутрішньої форми головного убору та форми матриці;
- визначена раціональна область параметрів процесу гідродинамічного формування деталей головних уборів, що дозволяє отримати високий рівень якості форми деталей з вовняних костюмно-пальтових тканин;
- розроблений фотограмметричний метод оцінки формостійкості деталей головних уборів після їхнього гідродинамічного формування;
- запропонований спосіб формування деталей головних уборів дозволяє досягнути скорочення трудомісткості процесу на 45,5 %, а також зменшення енергетичних витрат на 3,5 %.
Результати дисертації знайшли практичне використання при виконанні науково-дослідних робіт студентів та магістерських робіт, впроваджені на ТОВ ательє “Силует” (м. Хмельницький) та ЗАТ “Хмельницька трикотажна фабрика”.
Особистий внесок здобувача полягає у виборі теми, постановці та вирішенні основних теоретичних та експериментальних завдань. Автором здійснені вибір об’єкта та предметів досліджень, розробка методики та обладнання, математичне моделювання, обробка отриманих даних.
У публікаціях: 1, 3, 4 - викладено основні ідеї, виконано дослідження, пояснено результати та сформульовано висновки; 2 - автору належать основні положення, теоретичні обґрунтування, узагальнення результатів досліджень та формулювання висновків; 5 - автору належать основні ідеї, виконання основної частини досліджень, аналіз їхніх результатів, розробка графічних моделей та висновків; 6, 7, 8, 11 - автору належать основні ідеї, теоретичні обґрунтування, виконання досліджень, їхня обробка та оформлення. Тези доповідей 9, 10 висвітлюють результати досліджень, проведених безпосередньо здобувачем у рамках виконання дисертації.
Апробація роботи. Основні положення та результати роботи доповідались, обговорювались та отримали позитивну оцінку на наступних науково-технічних конференціях:
- всеукраїнських наукових конференціях молодих вчених та студентів (КНУТД, м. Київ, 2004 рр.);
- науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу ХНУ (м. Хмельницький, 2004 рр.);
- на IV Україно-польській науково-технічній конференції молодих науковців “механіка та інформатика” (ХНУ, м. Хмельницький, 2006).
Дисертація доповідалась повністю і одержала позитивну оцінку на кафедрі технології та конструювання швейних виробів та на міжкафедральному семінарі Хмельницького національного університету.
Публікації. Основні положення та результати дисертації опубліковані у 11 друкованих працях, серед них 5 статей у фахових наукових виданнях, рекомендованих ВАК України, 2 тези доповідей в збірниках наукових праць, 1 інформаційний листок та 3 деклараційні патенти України.
Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел (128 найменувань) та додатків на 82 сторінках. Повний обсяг дисертації складає 220 сторінок, включаючи 12 додатків. Основна частина роботи викладена на 138 сторінках друкованого тексту, містить 42 рисунки, 20 таблиць.
Основний зміст роботи
У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації, визначені мета, основні завдання та методи досліджень, сформульовані наукова новизна роботи та її практичне значення.
У першому розділі виконано аналіз літературних джерел щодо проблем, пов’язаних із розробкою нових альтернативних технологій формування деталей швейних виробів, зокрема головних уборів.
Аналіз методів формоутворення головних уборів вказав на наявність недоліків статичних методів. Ці недоліки багато у чому виключаються при динамічних методах за рахунок пульсуючих дій формуючих подушок на матеріал під дією різного роду навантажень. Динамічні методи досліджували вчені проф. Меліков Е.Х., проф. Березненко М.П., проф. Березненко С.М. та ін. Вони були спрямовані на мінімізацію енергетичних витрат за рахунок удосконалення обладнання, способів нагрівання, використання активних робочих середовищ тощо. Однак динамічні методи формування є недостатньо дослідженими.
У результаті проведеного літературного огляду існуючих методів формування швейних виробів об’ємної форми встановлено, що перспективним напрямком удосконалення процесу формування деталей головних уборів є розробка способу формування з використанням динамічних навантажень активного робочого середовища.
Характер протікання процесу формування та конкретизація значень його основних показників на основі властивостей матеріалів дозволяють створити передумови для управління якістю процесу. У цьому аспекті в роботі розглянуто фактори та їхній вплив на процес формування деталей об’ємної форми. Основними факторами впливу визначено сировинний склад тканин, час формування, властивості та параметри робочого середовища.
Аналіз літературних джерел показав, що основним завданням формоутворення є забезпечення формувальної здатності тканин, яка визначається деформацією грубої структури. Формувальна здатність як властивість матеріалу отримувати та зберігати форму в основному реалізується шляхом зміни кута між системами ниток. Відповідно до цього розглянуті способи оцінки якості формування, серед яких перевагу надано безконтактному. Встановлено, що удосконалення процесу формування деталей головних уборів вимагає удосконалення методики оцінки формостійкості та розробки методики комплексної оцінки якості процесу формування.
Результати першого розділу дозволили конкретизувати мету роботи та сформулювати завдання подальших досліджень.
У другому розділі викладені теоретично-методологічні підходи до процесу гідродинамічного формування деталей головних уборів.
Предметами дослідження вибрані жіночі головні убори та тканини костюмно-пальтової групи, які використовують для їхнього виготовлення.
При виготовленні формованих головних уборів за класичною технологією за матриці використовують форми-тумби, конструкція яких повною мірою не відображає висоти голови та її форми. Уточнення поверхні матриці для формування жіночих головних уборів виконано на основі аналізу антропометричних досліджень опорної поверхні голів жінок, проведених автором у співавторстві з Стрижовою О.П.
Визначення ергономічних співвідношень висоти форми матриці та її ширини параметрам опорної поверхні голови проведено за висотою голови спереду Вгсп, поздовжнім та поперечним діаметрами . Для цього автором введені поняття поперечного Кпоп та поздовжнього Кпозд коефіцієнтів.
Поздовжній коефіцієнт Кпозд визначається відношенням різниці висоти голови спереду Вгсп та половини поздовжнього діаметру до значення висоти голови спереду Вгсп:
. (1)
У свою чергу, поперечний коефіцієнт Кпоп представляє собою відношення різниці висоти голови спереду Вгсп та половини поперечного діаметру до значення висоти голови спереду Вгсп:
(2)
Аналіз результатів обробки експериментальних даних підтвердив коливання значень висоти голови спереду, що обумовило виділення трьох груп голів жінок за висотами: І – Вгсп =7,0 ? 8,4 см; ІІ – Вгсп = 8,5 ? 9,9 см; ІІІ – Вгсп = 10,0 ? 11,5 см. При цьому експериментальні значення поперечного та поздовжнього коефіцієнтів коливаються у межах (- 0,29 0,36). Встановлено, що з наближенням значень коефіцієнтів до нуля форма опорної поверхні голови наближається до півсфери.
На основі відміченого для удосконалення процесу формування жіночих головних уборів вибрана матриця, форма якої є фігурою правильної геометричної форми – півсферою. Форма матриці, яка характеризується значеннями поперечного та поздовжнього коефіцієнтів (- 0,15 ? 0,15), відповідає найпоширенішій серед досліджуваного ряду формі голів жінок брахікранного морфологічного типу першої групи за висотою.
Створення перспективного способу формування головних уборів у РАРС ґрунтується на вивченні фізичних процесів досліджуваних явищ. З цією метою було досліджено вплив активного робочого середовища на деформаційні властивості тканин. Для цього автором удосконалено прилад для вивчення деформаційних властивостей тканин, новизна якого підтверджена патентом.
Прилад дозволяє визначати зміну деформаційних властивостей тканин в умовах впливу різної температури та вологості. Експерименти проводили за стандартними методиками визначення гігроскопічних та деформаційних властивостей тканин при відносній вологості середовища 60 2 %, 80 2 % і 98 2 % та сталій температурі 25 2 С. Окремо досліджені проби тканин при їхньому зануренні у рідинне (водне) середовище.
Результати отриманих даних свідчать, що зі збільшенням вологості активного робочого середовища відбувається зростання вологовмісту проб тканин, викроєних по основі та утоку. Суттєве зростання вологовмісту тканин до 78 % досягається після занурення проб у водне середовище.
Зі збільшенням вологості робочого середовища повна деформація матеріалу зростає. Максимальне значення повної деформації видовження досягається деформуванням у водному середовищі. Це пояснюється тим, що водне середовище, у якому знаходиться проба, більшою мірою пластифікує тканину та прискорює в ній деформаційні процеси.
Зміна вологості середовища приводить до зміни значень компонентів повної деформації тканин. Розраховані значення повної та умовно-пластичної деформації показують, що зі збільшенням вологості робочого середовища зростає частка умовно-пластичної деформації, яка є залишковою (рис. 1). Відмічене свідчить про покращення рухомості тканин та підвищення якості формування деталей обємної форми.
Рис. 1. Компоненти повної деформації тканин у робочих середовищах різної вологості:
- умовно пружна, - умовно еластична, - умовно пластична;
І – водне середовище; ІІ – середовище з відносною вологістю 98%; ІІІ – середовище
з відносною вологістю 80%; ІV – середовище з відносною вологістю 60%
Проведені дослідження дозволили вибрати для удосконалення процесу за робоче середовище РАРС, яким у рамках даної роботи є водне середовище.
В основі удосконалення процесу формування лежить гіпотеза про формування деталей швейних виробів динамічними навантаженнями РАРС. Сутність гідродинамічного способу формування обумовлена сумарним впливом РАРС на матеріал як пластифікатора, теплоносія та джерела навантаження. Однією із умов проведення формування деталей є створення у зоні формування коливання тиску повітря, що спричиняє періодичні гідравлічні удари РАРС.
У роботі теоретично розглянуто взаємодію систем ниток тканини під впливом динамічних навантажень РАРС (рис. 2). Виходячи з властивостей РАРС маємо, що формувальні навантаження (сили тиску) F1 та F2 є однаковими і завжди направлені по нормалі до поверхні матриці.
Рис. 2. Схема дії формувальних зусиль на грубу структуру тканини під час
першого циклу гідродинамічного формування деталі на півсферичній матриці:
1, 2 – системи ниток; O – центр півсферичної матриці; l0 – довжина між нитками основи чи утоку до формування; l – приріст довжини між нитками основи чи утоку після формування; R – радіус півсфери; F1 – навантаження РАРС, яке викликає деформації стиснення матеріалу; F2 – навантаження РАРС, яке викликає деформації розтягання матеріалу; Fр - сила розтягання; Fт - сила опору ниток розтягуючим зусиллям
Процес деформування тканин в РАРС характеризується циклічністю. Під час гідравлічного удару тиск р1 на поверхню є максимальним і, відповідно, максимальною є сила опору тканини до розтягуючих зусиль, а сила розтягання Fр, яка є протилежною силі тертя Fт, рівна нулю. У даному випадку навантаження F1 викликає лише деформації стиснення матеріалу.
Далі унаслідок розрідження повітря, починаючи від поверхневого шару РАРС, у зоні формування відбувається збільшення формувального навантаження, направленого від центру матриці F2, при цьому сила розтягання Fр направлена по дотичній до поверхні тканини, а сила опору Fт є мінімальною. даний момент часу характеризується послабленням тиску р1 на тканину та дистанціонуванням останньої від матриці і, як наслідок, розтяганням тканини на величину l (рис. 2).
Циклічність процесу деформування тканини приводить до “розхитування” грубої структури тканини та зміни сітьових кутів між системами ниток тканини. Після формування встановлюється режим, який характеризується процесом стабілізації надмолекулярної структури матеріалів.
Значення тиску р1 матриці під час гідродинамічного формування можна розрахувати за формулою:
, (3)
де – тиск зовні матриці, МПа;
– амплітудне значення тиску у зоні формування, МПа;
– поправочний коефіцієнт обладнання;
f – частота, Гц;
– час, с.
Після формування тканини здійснюється процес евакуації РАРС під стаціонарним тиском із зони формування. Процес витікання нагрітого РАРС через тканину та отвори матриці супроводжується створенням навантаження на тканину, направленим на кінцеве формування деталі. При цьому тиск РАРС на виході із зони формування складає:
, (4)
де - втрати напору РАРС, МПа;
- сумарні втрати тиску, МПа.
У роботі наведено розрахунок втрат тиску при евакуації РАРС із зони формування, а також втрат напору потоку, які визначають зусилля кінцевого етапу формування.
Третій розділ присвячено розробці способу гідродинамічного формування деталей головних уборів.
Даний розділ включає опис розробленої установки для гідродинамічного формування (рис. 3) та методику проведення досліджень.
Установка для гідродинамічного формування дозволяє виконувати формування деталей головних уборів гідродинамічним способом за рахунок створення у камері (1) (рис. 3) формувального динамічного навантаження РАРС величиною 0,2 0,5 МПа з перепадом тиску 0,02 0,14 МПа, частотою 2 15 Гц.
Рис. 3. Зовнішній вигляд установки для гідродинамічного формування | 1 – камера для формування; 2 – шланг для подачі повітря; 3 – штуцер для подачі РАРС; 4 – прилад для контролю та регулювання температури РАРС; 5 –регулятор частоти коливань; 6 – блок управління; 7 – вмикач компресора; 8 – манометр тиску повітря у компенсаторі; 9 –регулятор тиску повітря у компенсаторі; 10 – манометр тиску повітря у ресивері; 11 – манометр тиску РАРС; 12 – нагрівальний елемент; 13 – шланг для відсмоктування РАРС.
Дослідження амплітудно-частотних характеристик гідродинамічного формування проведено на розробленій установці за допомогою пристроїв для фіксації зміни тиску РАРС зовні Р1 та всередині матриці Р2. Встановлено, що при частотах коливань РАРС 2 Гц між синусоїдами тиску РАРС зовні Р1 та всередині матриці Р2 спостерігається зсув фаз коливань на величину 35 . Це експериментально підтверджує викладену гіпотезу процесу гідродинамічного формування деталей головних уборів.
Особливості процесу формування деталей у РАРС вимагають певного відступу від класичного варіанту формування головних уборів. При формуванні головних уборів у РАРС передбачається виключення операцій по проклеюванню, сушінню, відлежуванню пропарюванню та розтяганню деталі, що приводить до скорочення витрат часу на виготовлення виробу.
Для оцінки формостійкості формованих деталей удосконалено методику фотограмметричної оцінки формостійкості. Оцінку якості формування виконують на ПЕОМ шляхом визначення на розмірній сітці висоти стріли прогину деталі, порівняння місця розміщення контрольних точок деталі після формування та їхнього зміщення у процесі релаксації.
Для оцінки якості деталей головних уборів, формованих гідродинамічним способом розроблено методику, за якою якість деталей головних уборів визначають сукупністю наступних показників (qi): зміною сітьових кутів та лінійних розмірів деталі, висотою стріли прогину деталі та стійкістю отриманої форми у часі.
Узагальнений показник якості гідродинамічного формування Ку розраховано як середній гармонічний показник:
, (5)
де – безрозмірний одиничний показник якості формування;
– кількість одиничних показників якості.
На основі рекомендацій визначено, що якість деталей має “високий рівень” при , “середній рівень” ? при та “низький рівень” ? при .
У четвертому розділі наведені експериментальні дослідження закономірностей зміни грубої структури тканин у процесі гідродинамічного формування, впливу вхідних параметрів на процес формування головних уборів, аналіз отриманих результатів та оптимізація вхідних параметрів.
Для визначення характеру поведінки тканин із різними показниками формувальних властивостей проведено дослідження, які свідчать, що тканинам полотняного переплетення притаманна зміна сітьових кутів між системами ниток у межах 9 , тканинам саржевого та дрібновізе-рунчастого переплетень відповідно 18 і 22 . Відмічене підтверджує необхідність визначення оптимальних параметрів формування, у першу чергу, для тканин полотняного переплетення, які мають низькі формувальні властивості (зміна сітьових кутів менше 10 ).
Для вивчення характеру зміни кута між системами ниток тканини на півсферичній матриці її умовно поділено на чотири ділянки (рис. 4).
Встановлено, що найбільша за значеннями зміна сітьових кутів між системами ниток 7 14 спостерігається на ІІІ ділянці матриці (рис. 5).
Рис. 4. Схема розбиття матриці на ділянки:
1 – перфорована матриця; 2 – тканина; І – плоска ділянка, ІІ – тороїдальна ділянка, ІІІ – ділянка, яка визначається радіусом кривизни R, ІV – ділянка верхньої частини матриці |
Рис. 5. Залежність величини сітьового кута від форми ділянки матриці для тканин:
1 - П1; 2 - П2; 3 - П3; 4 - К1; 5 - К2; 6 - К3
Отримані значення зміни сітьових кутів відповідають умовам формоутворення деталей об’ємної форми високого рівня якості.
Дослідження коефіцієнта формостійкості формованих деталей із костюмно-пальтових тканин від показників зміни сітьових кутів дозволили отримати наступну регресійну залежність (рис. 6):
k = 0,32 - 0,03 + 0,0007 2.
Оцінку формостійкості деталей проведено за удосконаленою методикою фотограмметричної оцінки. У результаті обробки експериментальних даних побудовано графічну залежність (рис. ), згідно якої зі збільшенням зміни сітьових кутів між системами ниток досягається більш стабільна у часі форма деталей.
Рис. 6. Залежність коефіцієнта формостійкості від зміни сітьових кутів костюмно-пальтових тканин |
Рис. 7. Залежність стійкості форми у часі від зміни сітьових кутів костюмно-пальтових тканин
Залежність стійкості форми у часі від зміни сітьових кутів тканин має вигляд:
= 11,73 – 0,58 + 0,0116 2.
На основі отриманих даних визначено, що найбільша релаксації деталей (50 спостерігається на протязі перших шести годин відпочинку з них за першу годину 25 від загального. Далі зменшення розмірів деталей на проміжку часу від 6 до 24 годин складає 25
Отримані залежності свідчать, що релаксаційні процеси забезпечують стабільність форми та високий рівень якості деталей головних уборів після 24-годинного відпочинку.
Визначення кількісних характеристик вхідних параметрів процесу формування (тиску, температури, часу формування та перепаду тиску) проведено експериментальним шляхом у рамках реалізації однофакторного експерименту.
Методика експерименту по вивченню впливу вхідних параметрів на процес формування деталей головних уборів полягала у тому, що деталі з тканини (К3) полотняного переплетення низької формувальної здатності проходили цикл формування на розробленій установці.
Оцінку якості процесу формування проведено удосконаленим фотограмметричним способом за висотою стріли прогину деталі та коефіцієнтом формостійкості k, який визначають за формулою:
, (6)
де – висота стріли прогину деталі, мм;
– висота матриці, мм.
Аналіз отриманих результатів дослідження свідчить, що зі збільшенням значень тиску РАРС, перепаду тиску у формувальній камері та часу формування показники висоти стріли прогину деталі зростають, а значення коефіцієнта формостійкості знижуються. Відмічене приводить до збільшення навантажень на тканину, що супроводжується покращенням процесу зміни грубої структури тканини та підвищенням якості формованих деталей.
У свою чергу, збільшення значень тиску РАРС у камері викликає зростання значень тиску на виході з неї під час евакуації РАРС та збільшення навантажень, що витрачаються на кінцеве формування тканини.
Встановлено, що зростання температури РАРС від 40 до 90 С супроводжується збільшенням висоти стріли прогину деталі та зменшенням коефіцієнта формостійкості на 12 %. Додаткові експерименти свідчать, що збільшення температури вище 90 С не впливає на якість формування. Цей факт є досить важливим, оскільки зниження температури формування супроводжується зменшенням енергетичних витрат на виготовлення виробу.
Статистичний аналіз результатів однофакторного експерименту дозволив визначити регресійні залежності приведені у табл. 1.
Проведення багатофакторного експерименту дало можливість визначити функціональний зв'язок вхідних параметрів та їхній вплив на процес формування. За результатами досліджень отримана математична модель, яка описується адекватним рівнянням другого порядку виду:
. (7)
Аналіз абсолютних значень коефіцієнтів регресійного рівняння (7) показав, що на якість формування суттєвий вплив здійснює температура РАРС, потім час формування та тиск РАРС у камері.
Таблиця 1
Регресійні залежності
Параметр процесу | Рівняння регресії
Тиск РАРС, МПа ()
Температура, С ()
Час формування, с ()
Перепад тиску, МПа ()
Для визначення оптимальних значень параметрів процесу гідродинамічного формування за показник ефективності технологічної системи використано коефіцієнт формостійкості, який задано функцією, що прямує до мінімального значення:
. (8)
Аналіз отриманих поверхонь відгуку (рис. 8) показав, що зниження коефіцієнта формостійкості до оптимального рівня k ,06 ,08 відбувається у зоні, що має наступні параметри: Р = 0,3 ,4 МПа, t = 75 с, t = 140 180 с.
Рис. 8. Залежність функції відгуку від температури РАРС та часу формування при х1 = 0 (р = 0,3 МПа) | У розділі проведено оцінку якості деталей головних уборів із костюмно-пальтових тканин, формованих гідродинамічним способом.
Безрозмірні значення одиничних показників та узагальненого показника якості Ку деталей головних уборів наведені у табл. 2.
Аналіз даних табл. свідчить, що оптимальні режими формування, визначені для костюмної тканини (К3), яка є тканиною полотняного переплетення, забезпечують якісне формування деталей головних уборів і з костюмно-пальтових тканин інших переплетень.
Таблиця 2
Показники оцінки якості деталей головних уборів
Назва тканини | Одиничні показники якості | Узагальнений показник
зміна сітьових кутів | зміна лінійних розмірів | висота стріли прогину | стійкість форми в часі
н.о. | н.у.
Тканина пальтова “Октава” (П1) | 0,55 | 0,97 | 0,96 | 0,94 | 0,98 | 0,83
Тканина пальтова “Парадиз” (П2) | 0,81 | 1,00 | 0,97 | 0,98 | 0,97 | 0,94
Тканина пальтова (П3) | 0,95 | 0,98 | 1,00 | 0,99 | 1,00 | 0,99
Тканина костюмно-пальтова (К1) | 0,73 | 0,95 | 1,00 | 0,96 | 0,98 | 0,91
Тканина костюмна “Іванна” (К2) | 0,43 | 0,97 | 0,98 | 0,91 | 0,95 | 0,77
Тканина костюмна (К3) | 0,47 | 0,97 | 0,98 | 0,91 | 0,97 | 0,79
Практична цінність результатів досліджень полягає у тому, що розроблена установка для гідродинамічного формування дозволяє отримувати безшовні деталі об’ємної форми. Із урахуванням цих даних, використовуючи формовані деталі, виготовлено моделі жіночих головних уборів (рис. 9).
Результати оцінки якості процесу формування головок головних уборів у натуральну величину підтверджують ефективність проведених у дисертації досліджень.
Значення коефіцієнтів формостійкості для головок жіночих головних уборів знаходяться у межах 0,06 0,08, що відповідає високому рівню якості формування. |
Рис. 9. Моделі жіночих головних уборів
Отримана форма деталей досягається за рахунок зміни сітьових кутів між системами ниток (8 15 ).
Аналіз витрат на виготовлення жіночих головних уборів показав, що у результаті удосконалення процесу формування досягнуто скорочення трудомісткості процесу на 45,5 %, а також зменшення на 3,5 % енергетичних витрат.
загальні ВИСНОВКИ
1. Вперше у практиці швейного виробництва теоретично і практично обґрунтована необхідність використання рідинно-активного робочого середовища як середовища формування деталей головних уборів, що сприяє підвищенню якості головних уборів при мінімізації енергетичних та трудових витрат.
2. Для розробки форми матриці, яка забезпечує ергономічну відповідність жіночих головних уборів, запропоновані поняття поперечного Кпоп та поздовжнього Кпозд коефіцієнтів, які відображають співвідношення висоти форми матриці та її ширини відповідно до висоти голови спереду Вгсп, поздовжнього та поперечного діаметрів голови. На основі цього для формування деталей жіночих головних уборів вибрана півсферична матриця зі значеннями поперечного та поздовжнього коефіцієнтів у межах (- ,15 ? 0,15), яка відповідає найпоширенішій серед досліджуваного ряду формі голів жінок брахікранного морфотипу першої групи голів за висотою.
3. удосконалений прилад для вивчення деформаційних властивостей тканин дозволяє визначити зміну властивостей матеріалу в умовах впливу різної температури та вологості. Аналіз результатів досліджень деформування тканин у активному робочому середовищі різних параметрів підтвердив використання водного середовища як РАРС для формування деталей головних уборів.
4. Запропонований механізм створення динамічних навантажень РАРС у зоні формування покладений у основу розроблених способу та установки для гідродинамічного формування деталей головних уборів, новизна якої захищена патентом № 200510444. Застосування розробленого способу та установки дозволяє досягнути скорочення трудомісткості процесу виготовлення жіночих головних уборів до 45,5 % та зменшення на 3,5енергетичних витрат.
5. Аналіз результатів дослідження процесу гідродинамічного формування деталей свідчить, що збільшення значень параметрів процесу супроводжується покращенням якості формування. На показники оцінки якості найбільший вплив здійснює температура РАРС, потім час формування, тиск РАРс та перепад тиску у камері. Отримана математична модель процесу формування дозволяє адекватно оцінити якість формування костюмно-пальтових тканин при комплексній взаємодії параметрів та визначити їхній вплив на якість. Встановлено, що оптимальної якості деталей головних уборів після формування досягають при наступних параметрах: р = ,35 ,4 МПа, t = 75 80 с, t = 140 180 с.
6. Удосконалена методика фотограмметричної оцінки формостійкості деталей головних уборів дозволяє визначити характер релаксаційних процесів у формованих деталях. Встановлено, що значна частина релаксації деталей з костюмно-пальтових тканин припадає на перші шість годин відпочинку (50 %) та практично завершується після 24-годинного відпочинку.
7. Розроблена методика оцінки якості процесу формування деталей головних уборів передбачає виділення основних одиничних показників оцінки якості та їхній синтез в узагальнений показник якості процесу Ку. Визначено, що якість деталей головних уборів, формованих із тканин пальтової “Октава” (П1), “Парадиз” (П2) та костюмно-пальтової (К1), відповідає високому рівню якості (= ,83 ,94). Для деталей, формованих із решти тканин, характерним є середній рівень якості ( ,77 ,79). Підтверджено, що оптимальні режими формування, визначені для костюмної тканини (К3) полотняного переплетення, забезпечують якісне формування деталей головних уборів і з костюмно-пальтових тканин інших переплетень.
Список опублікованих праць за темою дисертації
1. Буханцова Л.В., Кущевський М.О. Комплексне дослідження “грубої” структури текстильного матеріалу при об’ємному формуванні // Вісник Технологічного університету Поділля. – 2004. – № . Ч. – С. – 115.
2. Буханцова Л.В., Стрижова О.П., Кущевський М.О. Морфологічні типи голови як вихідні дані для проектування жіночих головних уборів // Вісник Хмельницького національного університету, – . – № . – С. – 126.
3. Буханцова Л.В., Кущевський М.О. Формування об’ємно-просторової форми текстильних матеріалів в рідинно-активному середовищі // Вісник Хмельницького національного університету. – . – № . Т. – С. –194.
4. Буханцова Л.В., Кущевський М.О. Дослідження впливу параметрів процесу на якість формування деталей головних уборів в рідинно-активному середовищі // Вісник Хмельницького національного університету. – 2006.-№ . – С. 136 – 140.
5. Буханцова Л.В., Коза Ю.В., Кущевський М.О. Дослідження впливу адсорбційно-активного середовища на фізико-механічні властивості текстильних матеріалів // Вісник Хмельницького національного університету. – 2006. – № . – С. 127 – 131.
6. Патент 68979 А 41 UA, МПК G 01 N 33/36. Прилад для вивчення деформаційних властивостей текстильних матеріалів в умовах різного волого-температурного режиму середовища / Буханцова Л.В., Злотніков В.О., Кущевський М.О. – № 20059371; Заявлено 28.03.2005; Опубл. 15.09.2005, Бюл. № 9. – 2 с.
7. Патент 14333 UA, МПК D 06 F 73/00 A 41 N 5/00. Спосіб формування деталей об’ємно-просторової форми в рідинно-активному середовищі / Буханцова Л.В., Кущевський М.О. – № 200510447; Заявлено 07.11.2005; Опубл. 15.05.2006, Бюл. № 5. – 4 с.
8. Патент 14332 UA, МПК А 41 Н 41/00 В 29 С 51/00. Установка ФДР формування деталей об’ємно-просторової форми в рідинно-активному середовищі / Буханцова Л.В., Кущевський М.О., Буйняк О.Д., Злотніков В.О. – № 200510444; Заявлено 07.11.2005; Опубл. 15.05.2006, Бюл. № 5. – 3 с.
9. Буханцова Л.В., Кущевський М.О. Дослідження “грубої” структури тканини при об’ємному формуванні // ІІІ Всеукраїнська наукова конференція молодих вчених та студентів: Тези доповідей. – К: КНУТД, 2004. – С. 25.
10. Буханцова Л.В., Кущевський М.О. Дослідження деформаційних властивостей тканин в умовах впливу адсорбційно-активних середовищ // ІV Всеукраїнська наукова конференція молодих вчених та студентів: Тези доповідей. – К: КНУТД, 2005. – С. 119.
11. Буханцова Л.В., Злотніков В.О., Кущевський М.О. Прибор для изучения деформационных свойств текстильных материалов в условиях разной влажности среды // Информационный листок РГАСНТИ, – Хмельницкий: ЦНТЭИ, 2004. № 24 – 04. – 4 с.
Анотація
Буханцова Л.В. Удосконалення процесу формування жіночих головних уборів. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.19.04 – технологія швейних виробів. Хмельницький національний університет, Хмельницький, 2007.
Дисертацію присвячено питанню удосконалення процесу формування деталей головних уборів на основі використання гідродинамічного способу формування.
У результаті аналітичних та експериментальних досліджень обґрунтовано вибір активного робочого середовища та формувальної матриці; розроблено спосіб, методику та прилад для гідродинамічного формування деталей головних уборів, які забезпечують підвищення на 45,5 % продуктивності праці та зменшення на 3,5 % енергетичних витрат; розроблено методику фотограмметричної оцінки формостійкості та методику оцінки якості деталей, формованих в РАРС; визначено оптимальні режими процесу гідродинамічного формування деталей; отримані аналітичні закономірності зміни грубої структури тканин у процесі гідродинамічного формування, які дозволяють прогнозувати якість та формостійкість формованих деталей, а також проведено комплексну оцінку якості деталей, формованих із костюмно-пальтових тканин. Розробленим способом виготовлено моделі жіночих головних уборів.
Ключові слова: формування, деталі головних уборів, матриця, гідродинамічний спосіб, рідинно-активне робоче середовище, тиск, перепад тиску, температура, час формування.
АнНотация
Буханцова Л.В. Усовершенствование процесса формования женских головных уборов. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.19.04 – технология швейных изделий. Хмельницкий национальный университет, Хмельницкий, 2007.
В диссертации раскрыт новый подход к решению вопроса по усовершенствованию процесса формования деталей головных уборов с использованием жидко-активной рабочей среды (ЖАРС).
Для разработки формы матрицы, которая обеспечивает эргономическое соответствие женских головных уборов, предложены поперечный Кпоп и продольный Кпозд коэффициенты, которые показывают соотношение высоты формы матрицы к ее ширине. На основании этого для формования деталей женских головных уборов выбрана полусферическая матрица, которой соответствуют значения поперечного и продольного коэффициентов в пределах ( - 0,15 0,15).
Усовершенствован прибор для изучения деформационных свойств тканей, который позволяет определить изменения свойств материалов в условиях влияния разной температуры и влажности. Анализ результатов исследований деформирования тканей в разных активных рабочих средах подтвердил целесообразность использования ЖАРС для формования деталей женских головных уборов.
Предложен механизм действия динамических нагрузок ЖАРС в зоне формования, который использовано при разработке способа и установки для гидродинамического формования деталей объемных форм из тканей, новизна которого защищена патентом Украины. Выше указанное обеспечивает сокращение трудоемкости процесса изготовления женских головных уборов на 45,5 % и снижение энергетических затрат на 3,5 %.
Анализ результатов исследования процесса гидродинамического формования показывает, что увеличение значений параметров процесса сопровождается улучшением качества формования. На показатели качества наибольшее влияние имеет температура ЖАРС, затем время формования, давление ЖАРС и перепад давления в камере. Определено, что оптимального качества деталей головных уборов после формования достигают при следующих параметрах: р = 0,35 0,4 МПа, t = 75 80 с, t = 180 с.
усовершенствованная методика фотограмметрической оценки формоустойчивости деталей головных уборов позволяет определить характер релаксационных процессов у формованных деталях. Определено, что значительная часть релаксации деталей из костюмно-пальтовых тканей происходит на протяжении первых шести часов отдыха (50 60 %) и практически заканчивается после 24 часов.
разработана методика оценки качества формования деталей, которая обосновывается на синтезе группы единичных показателей в обобщенный показатель качества.
на основании исследований изготовлены полужесткие женские головные уборы, которые имеют формованную головку и отрезные поля.
Ключевые слова: формование, детали швейных изделий, матрица, гидродинамический способ, жидко-активная рабочая среда, давление, перепад давления, температура, время формования.
summarY
Bookhantsova L.V. Improvement of the process of shaping of women’s headgear. - Manuscript.
The dissertation on competition of a scientific degree of the Candidate of Technical Sciences on speciality 05.19.04 - technology of sewing products. The Khmelnitskiy national university, Khmelnitskiy, 2007.
The dissertation is devoted to question of improvement of the process of shaping of women’s headgear with watery active working environment.
As a result of analytical and experimental researches the choice of watery active working environment has been grounded; the method and installation for shaping of parts of sewing products is developed which will provide decrease of the labor productivity (45,5 %) and decrease of power inputs (3,5 %); the method of photo quality estimation the method of quality estimation of the shaping process and have been developed; optimum of the process of parts shaping has been defined; the dependences of process quality and fabric structure have been elaborated, and also the generalize quality estimation of shaping part of sewing products without different fabrics has been realized; the women’s molded headgear from cloth have been made.
Key words: shaping, spatial forms of headgear, matrix, hydrodynamic system, watery active working environment, pressure, temperature, time of shaping.
