Наукові основи проектування технологічних процесів обробки деталей взуття та фурнітури з пластмас і металів

Проведені експериментальні дослідження частоти появи однієї і тієї ж частинки в ковзному шарі на поверхні масиву робочого середовища. Встановлено, що зі збільшенням ступеня заповнення барабана частота появи частинки в ковзному шарі зменшується, а частота проходження частинкою всієї довжини шару незначно зростає (рис. 7).

На основі статистичної обробки й апроксимації результатів експериментів показано, що функціональна залежність частоти появи частинки в ковзному шарі n2 від ступеня заповнення барабана є поліноміальною:

n2 = 52,1 И2 - 90,4 И + 63,9. (24)

Залежність частоти проходження частинкою всієї довжини ковзного шару n1 від ступеня заповнення барабана має лінійний характер:

n1= 2,0 И +7,3. (25)

Визначено, що існує пряма лінійна залежність між збільшенням кутової швидкості обертання барабана 1 і частоти появи частинки в ковзному шарі n2.

При 50 % заповненні барабана робочим середовищем цю залежність можна описати виразом:

n2 = 13,10 1 - 5,95. (26)

Одержані експериментальні результати підтвердили висновки аналітичного дослідження перемішуючої здатності і дозволили перейти до аналітичного визначення тривалості обробки деталей в обертовому барабані.

Технологічні процеси фінішної обробки полімерних деталей взуття та фурнітури можна розділити на дві групи: 1) видалення ливників і облою неабразивним технологічним середовищем; 2) обробка із застосуванням абразивного наповнювача. В першому випадку відбувається обламування ливників за рахунок багаторазових вигинів та ударів, в другому випадку - видалення поверхневого шару матеріалу деталі під дією мікронерівностей абразивних частинок наповнювача.

В першому випадку розглянуто випадковий процес, який відповідає експоненціальному закону розподілення випадкової величини. Рівняння функції розподілення перетворено відносно часу. При цьому, виходячи з експериментальних досліджень, зроблено припущення, що при кожному повному проходженні деталлю ковзного шару облою (ливнику) спричиняється одна повна дія, в інших випадках появи деталі у ковзному шарі - часткова дія, яка дорівнює 25 % від повної дії. З урахуванням цього одержано формулу для визначення тривалості обробки деталей при видаленні облою та ливників:

, (27)

де n - кількість циклів навантаження, необхідних для руйнування облою від втомленості; z - кількість місць кріплення ливникової системи до деталей або кількість граней з облоєм; n1 - кількість проходжень деталлю всієї довжини ковзного шару, за 60 с; n2 - загальна кількість появ деталі в ковзному шарі за 60 с.

У другому випадку, при застосуванні абразивного наповнювача, для визначення тривалості обробки використано залежність (23). Прийнято такі припущення: за один прохід по ковзному шару обробляється одна сторона деталі, тому кількість проходів дорівнює кількості сторін деталі nстор; з деталлю контактує декілька частинок наповнювача і кількість контактів дорівнює щільності розташування частинок наповнювача на поверхні деталі укл. Об'єм матеріалу, що видаляється, представлено, як добуток площі поверхні деталі Sдет і товщини шару видаляємого матеріалу h . Після перетворень одержано формулу для розрахунку тривалості обробки Т:

Т = Sд h / (In (lсл - 2lдет) n1 Aa укл zзаг nстор ) , (28)

де lсл - довжина ковзного шару; lдет - довжина деталі; n1 - кількість проходжень деталлю всього ковзного шару за одиницю часу; zзаг - коефіцієнт, що визначає відношення об'єму наповнювача до загального об'єму завантаження.

Для експериментального визначення тривалості обробки деталей фурнітури у барабані планетарно-відцентрової установки здійснено багатофакторний експеримент. Варіювали кутову швидкість водила щ2, відношення кутових швидкостей барабана і водила 1/2, відношення радіусів водила і барабана R/r. Одержано рівняння регресії, що встановлює залежність тривалості обробки деталей від технологічних і конструктивних параметрів планетарно-відцентрової установки:

Т = 276,95 - 43,02 щ2 - 141,49 1/2 - 0,48 R/r + 1,75 щ22 + 10,49 щ1 + 25,55 (1/2)2 - 5,16 (1/2) (R/r) + (R/r)2. (29)

Визначено, що результати розрахунків за формулою (27) узгоджуються з експериментальними даними, розбіжність не перевищує 19 %. Тривалість обробки каблуків з поліаміду та поліетилену в експериментальній установці складала до 300 с, аналітично отримане значення - 261 с. Тривалість обробки кришки замка “блискавка” з цинкового сплаву не перевищувала 420 с, за аналітичними даними - 503 с.

Проведені експериментальні дослідження кута відриву частинки робочого середовища від стінки барабана. Встановлено, що зі збільшенням кутової швидкості барабана, кут повороту масиву середовища збільшується. Збільшення кутової швидкості водила незначно збільшує кут повороту масиву, а в установці з вертикальними осями практично не впливає на нього. Збільшення радіуса водила зменшує діапазон змін кута повороту масиву середовища. Збільшення радіуса барабана чи зменшення конструктивного співвідношення R/r сприяє збільшенню кута повороту масиву середовища. Якщо вісь обертання барабана горизонтальна, а водила - вертикальна, рух частинок робочого середовища в ковзному шарі відбувається не тільки в радіальному напрямку, але й уздовж барабана.

Експериментальні дослідження відносної швидкості руху частинок середовища в ковзному шарі (рис. 8) показали, що в міру просування частинок швидкість зростає, але інтенсивність зростання швидкості поступово зменшується.

Зіставлення експериментальних даних з розрахованими за формулами (3)-(6) значеннями кутів відриву і швидкостей відносного руху частинок робочого середовища підтвердило адекватність розроблених аналітичних моделей, розбіжність не перевищує 15%.

Сьомий розділ присвячений практичному використанню результатів виконаних досліджень.

Розроблені алгоритми проектування технологічних процесів оздоблювально-зачищувальної обробки типових деталей взуття та фурнітури з пластмас і металів у планетарно-відцентрових установках. Якщо проектування технологічного процесу та відповідної установки виконується одночасно, рекомендовано алгоритм, блок-схема якого наведена на рис. 9. Для проектування технологічного процесу фінішної обробки на існуючій планетарно-відцентровій установці доцільно використовувати другий алгоритм:

Визначити режим руху робочого середовища в барабані, враховуючи відомі відношення кутових швидкостей та радіусів барабана і водила. Якщо цей режим не рекомендується для даного виду обробки, вишукати технічну можливість скорегувати параметри установки.

Обчислити за формулами (3) - (6) кут відриву частинок від стінки барабана, швидкість їх руху в ковзному шарі, кінетичні енергії та сили, що діють на частинки, з урахуванням відомих кутових швидкостей та радіусів барабана і водила. Порівняти отримані значення з рекомендованими для обробки деталей. Якщо виявлена значна невідповідність, вишукати технічну можливість змінити параметри установки та технологічного процесу.

Розрахувати за формулами (9) - (18) щільність розташування частинок робочого середовища, виходячи з їх розмірів, форми, співвідношення кількості деталей і наповнювача в робочому середовищі.

Розрахувати за формулами (21) - (23) об'єм матеріалу, що видаляється з поверхні деталі при одиничному контакті частинки наповнювача з деталлю.

Визначити орієнтовну тривалість технологічного процесу обробки деталей за формулами (27), (28). Для розрахунку необхідно задати товщину шару матеріалу, що видаляється з поверхні деталі, геометрію облою і кількість ливникових каналів у виливки.

На основі розроблених алгоритмів створено програму для ПЕОМ, яка дозволяє розрахувати параметри технологічних процесів в залежності від властивостей оброблюваних деталей.

З використанням створених алгоритмів і програми для ПЕОМ, результатів виконаних аналітичних та експериментальних досліджень розроблені технічні завдання для проектування конструкцій планетарно-відцентрових установок з раціональними параметрами. Для видалення ливників, облою з набойок і каблуків, виготовлених з полімерних матеріалів, рекомендується обробка в установках з вертикальними осями обертання барабана і водила. Розрахункові параметри установки: r = 0,3 м; R = 0,75 м; 1/2 = 1,3.

Для видалення ливників і шліфування поверхні деталей замка “блискавка”, відлитих з цинкового сплаву, розроблено конструкцію планетарно-відцентрової установки з горизонтальною віссю обертання барабана і вертикальною віссю водила, з параметрами: r = 0,2 м; R = 0,7 м; 1/2 = 1,7.

Розроблено технологічні режимі обробки в планетарно-відцентрових установках литих деталей взуття з полімерних матеріалів. Регламентовані такі технологічні параметри: кутові швидкості водила і барабана, температура і тривалість охолодження парами рідкого азоту, витрата рідкого азоту на 1 кг завантаження, тривалість обробки.

Значення цих параметрів, необхідні для обробки досліджених деталей, наведені в таблиці.

Таблиця Параметри технологічних режимів обробки литих деталей взуття

Для видалення ливників і шліфування поверхні деталей замка “блискавка”, відлитих з цинкового сплаву, рекомендовано технологічний режим з параметрами: 2 = 4,9 рад/з; 1 = 8,3 рад/с. Тривалість обробки залежить від виду деталей і складає для коробочки замка - 180 с, для корпуса замка - 300 с, для кришки замка - 420 с, для рукоятки замка - 1800 с.

З використанням розроблених технологічних режимів вдосконалено технологічні процеси виготовлення та обробки досліджених деталей взуття і замка “блискавка”.

ВИСНОВКИ

Розроблено нове вирішення важливої науково-технічної проблеми легкої промисловості - створені науково обґрунтовані основи і уніфіковані підходи до проектування технологічних процесів оздоблювально-зачищувальної обробки дрібних деталей взуття та фурнітури з пластмас і металів з прогнозованим кінцевим технологічним результатом на основі математичного моделювання динаміки руху і властивостей робочого середовища в планетарно-відцентрових установках, що забезпечило підвищення продуктивності праці на обробних операціях.

Теоретично та експериментально підтверджена висунута гіпотеза про те, що керуючи силами, які діють у фізичному полі взаємодії наповнювача і оброблюваних деталей, шляхом цілеспрямованої зміни параметрів технологічного процесу та устаткування можна прогнозувати кінцевий результат обробки.

На основі аналізу інформації про об'єкт обробки визначені вимоги до зовнішнього вигляду формованих полімерних і металевих деталей взуття та фурнітури, припустимі в процесі оздоблювально-зачищувальної обробки дефекти їх поверхні, взаємозв'язок між формою деталі, розташуванням облою та ефективністю обробки деталей в обертових барабанах.

Розроблено математичні моделі динаміки руху частинок робочого середовища в барабанах з різними видами планетарного руху, що дозволяють встановити функціональні зв'язки технологічних і конструктивних параметрів устаткування з параметрами руху робочого середовища. Доведено, що найбільші швидкості руху частинок робочого середовища забезпечуються в установках з перпендикулярними, а найменші - з вертикальними осями обертання; найбільші сили, що ущільнюють частинки середовища в ковзному шарі, діють в установках з горизонтальними, найменші - з перпендикулярними осями. Для обробки деталей з високою міцністю рекомендовано схеми з горизонтальними; з невисокою міцністю і підвищеними вимогами до зовнішнього вигляду - вертикальними; для шліфування і полірування - перпендикулярними осями обертання. Експериментальні дослідження кутів відриву і швидкостей руху частинок робочого середовища підтвердили адекватність математичних моделей, розбіжність значень до 15 %.

На основі аналітичних та експериментальних досліджень руху робочого середовища установлено, що при ступенях заповнення барабана 0,25 - 0,75 межі режимів руху не залежать від виду наповнювача і визначаються для каскадного режиму в діапазоні , для каскадно-водоспадного режиму - . Видалення ливників, облою з каблуків і набойок, вироблених з термопластичних полімерних матеріалів, деталей замка “блискавка” з цинкових сплавів доцільно виконувати в каскадно-водоспадному режимі, шліфування та полірування фурнітури - в каскадному режимі.

Розроблено математичну модель взаємодії оброблюваної деталі з частинками наповнювача різної форми, що дозволяє встановити взаємозв'язок форм наповнювача та оброблюваних деталей з можливим числом їх контактів. Доведено, що найбільшу кількість контактів забезпечує наповнювач з частинками кубічної форми, який рекомендовано для обробки каблуків і набойок; для обробки фурнітури доцільно використання наповнювача у виді конусів, розміри яких не перевищують розмірів отворів у деталях; для видалення ливників і забезпечення мінімального впливу на поверхню деталі рекомендовано застосування сферичних частинок.

Розроблено аналітичні методи розрахунку і отримано формули для визначення об'єму матеріалу, що видаляється з поверхні деталі при одиничному контакті з частинками прямокутної, конічної, тетраедральної і сферичної форм. Складено програму для ПЕОМ, яка дозволяє розрахувати інтенсивність зносу поверхні полімерної деталі й об'єм матеріалу, що видаляється.

Для процесів видалення ливників, шліфування і полірування розроблено аналітичні методи розрахунку тривалості обробки деталей взуття та фурнітури в планетарних барабанах, що враховують властивості оброблюваних деталей, наповнювача і технологічні параметри. Експериментальні дослідження тривалості обробки каблуків з поліетилену та поліаміду, деталей замка “блискавка” з цинкових сплавів підтвердили адекватність аналітичних методів розрахунку, розбіжність між ними до 19 %.

Експериментально визначено, що зі збільшенням кутової швидкості обертання барабана частота появи частинки робочого середовища в ковзному шарі зростає, зі збільшенням ступеня заповнення барабана - зменшується, а частота проходження частинкою всієї довжини шару незначно збільшується. Виявлені функціональні залежності використано для аналітичного визначення тривалості обробки деталей в обертовому барабані.

На основі експериментальних досліджень властивостей полімерних матеріалів і деталей з них в середовищі низьких температур встановлено, що для гуми "стіроніп", пористого і монолітного поліуретанів, поліетилену високого тиску, вторинного поліаміду температура охолодження, яка забезпечує видалення облою та ливників в обертових барабанах, складає -43…-113о С; енергія ударного впливу - 510-3…3910-3 Дж і залежить від матеріалу і товщини ділянок, що видаляються; тривалість охолодження деталей рідким азотом - 90...120 с; максимальний час обробки деталей у середовищі парів рідкого азоту - не більше 900 с.

На основі результатів аналітичних і експериментальних досліджень розроблені алгоритми проектування технологічних процесів оздоблювально-зачищувальної обробки дрібних деталей взуття та фурнітури з пластмас і металів у планетарно-відцентрових установках з прогнозованим технологічним результатом. Створено програму розрахунку параметрів технологічних процесів для ПЕОМ.

З використанням створених алгоритмів і програми для ПЕОМ розроблені технічні завдання для проектування конструкцій планетарно-відцентрових установок. Для набойок і каблуків з полімерних матеріалів рекомендована обробка в установках з вертикальними осями обертання і параметрами r = 0,3 м, R = 0,75 м, 1/2 = 1,3; для деталей замка “блискавка” з цинкового сплаву - в установках з горизонтальною віссю обертання барабана і вертикальною віссю водила, параметрами r = 0,2 м, R = 0,7 м, 1/2 = 1,7.

Розроблено технологічні режимі обробки в планетарно-відцентрових установках литих деталей взуття з полімерних матеріалів. Для набойок з термопластичного монолітного поліуретану визначені кутові швидкості водила 7,4 рад/с і барабана 9,6 рад/с, температура охолодження -105С, тривалість обробки - 125 с; для каблуків з поліетилену - відповідно 5,9 рад/с і 7,7 рад/с, -113 С, 240 с; для каблуків з поліаміду - 8,1 рад/с і 10,5 рад/с, -43 С, 260 с; для каблуків з гуми “стіроніп” - 2,2 рад/с і 2,9 рад/с, -105 С, 350 с. Для деталей замка “блискавка” з цинкового сплаву рекомендовано технологічний режим з кутовими швидкостями водила 4,9 рад/с і барабана 8,3 рад/с, тривалістю обробки коробочки замка 180 с, корпуса замка - 300 с, кришки замка - 420 с, рукоятки замка - 1800 с.

Результати дисертації впроваджені на Баришевському КПКП “Блискавка”, Коростишевському заводі “Електроприлад”, в кооперативі “Пласт”, на взуттєвому підприємстві “Київ” з загальним річним економічним ефектом 7006 грн. на одну установку і прийняті до впровадження Асоціацією шкіряно-взуттєвих підприємств України.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Бурмистенков О.П., Панасюк І.В. Основі теорії та практична реалізація пристроїв для зачищувальної обробки формових деталей із полімерних матеріалів. - К.: НМК ВО, 1993. - 64 с.

2. Бурмистенков А.П., Панасюк И.В. К вопросу об определении конструктивных и технологических параметров планетарно-центробежной установки // Изв. вузов. Технол. легк. пром-ти. - 1991. - № 3. - С. 139-141.

3. Панасюк И.В., Бурмистенков А.П. Определение некоторых физико-механических свойств полимерных материалов в среде низких температур, необходимых для расчета галтовочного оборудования // Изв. вузов. Технол. легк. пром-ти. - 1991. - № 4. - С. 121-124.

4. Бурмистенков О.П., Панасюк І.В. Планетарно-відцентрова установка для фінішної обробки дрібних деталей // Легка промисловість. - 1993. - № 2. - С. 30-32.

5. Панасюк І.В. Вплив характеристик литих деталей на процес їх оздоблювально-очисної обробки // Легка промисловість. - 1996. - № 1. - С. 55.

6. Панасюк И.В. К вопросу о динамике частицы в емкости со сложным движением // Проблеми сучасного машинобудування. - Хмельницький: ТУП. - 1996. - С. 53 - 55.

7. Панасюк І.В. Експериментальне дослідження динамічних навантажень в барабані планетарно відцентрової установки // Вісник Технологічного університету Поділля. Серія 1, технічна. - 1997. - № 1. - С. 150-151.

8. Панасюк И.В. Отделочно-зачистная обработка полимерных деталей и предъявляемые к ним требования // Праці III-ї міжнародної науково-практичної конференції “Сучасні інформаційні технології життєзабезпечення людини”. - Випуск №3. - Кам”янець-Подільський, Київ. - 1998. - С. 21-24.

9. Панасюк І.В. Про взаємодію оброблюваних деталей і частинок наповнювача в ємкості планетарно відцентрової установки // Вісник Технологічного університету Поділля. - 1998 - Ч.2, № 4 - С. 56-58.

10. Панасюк И.В. Определение сил действующих на рабочую среду внутри емкости планетарно-центробежной установки // Легка промисловість. Київ, ДАЛПУ. - Ч.3. - 1998. - С. 59-83

11. Бурмистенков О.П., Панасюк І.В. Експериментальне дослідження процесу видалення ливників облою з полімерних деталей у планетарно-відцентровій установці // Вісник Технологічного університету Поділля. - 1999. - Ч.2, № 4. - С. 69-70.

12. Панасюк І.В. Визначення об'єму матеріалу, що видаляється у планетарно-відцентровій галтувальній установці // Проблемы легкой и текстильной промышленности. - 1999. - № 2. - С. 235-238.

13. Панасюк І.В. Визначення кута відриву частинок середовища в ємкостях з планетарним рухом // Вісник державної академії легкої промисловості України. - 1999. - № 2. - С. 120-123.

14. Панасюк І.В. Траєкторія частинки сипкого середовища в ємкості, що обертається відносно трьох осей // Вісник київського державного університету технологій та дизайну. - 2000. - № 2. - С. 120-123.

15. Панасюк И.В. Влияние параметров наполнителя на процесс удаления литников с полимерных деталей в планетарно-центробежной установке // Обработка дисперсных материалов и сред. - 2002 - №12. - С. 104-107.

16. Бурмистенков О.П., Панасюк І.В. Аналітичне визначення зносу поверхні полімерних деталей, що обробляються в обертових ємкостях // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2003. - Ч. 1, Т. 1, №6. - С. 141-145.

17. Бурмистенков О.П., Панасюк І.В. Визначення інтенсивності перемішування робочого середовища в планетарно-відцентрових установках // Вісник КНУТД. - 2003. - №2. - С. 62 - 66.

18. Панасюк І.В. Рівняння стану основного масиву сипкого матеріалу в обертових горизонтальних і планетарних барабанах // Вісник КНУТД. - 2003. - №3. - С. 232-236.

19. Панасюк І.В. Розподіл навантаження в основному масиві сипкого матеріалу в горизонтальних і планетарних барабанах // Вісник КНУТД. - 2003. - №4. - С. 164-168.

20. Панасюк І.В. Аналітичне визначення часу обробки деталей технологічним середовищем в обертових ємкостях // Вісник КНУТД. - 2004. - №1. - С. 114-118.

21. Бурмистенков О.П., І.В.Панасюк Дослідження руху частинок сипкого середовища у ковзному шарі в обертовому барабані // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2004. - Ч. 1, Т. 1, №1. - С. 141-145.

22. Панасюк І.В. Експериментальне дослідження швидкості частинок сипкого середовища в обертовому барабані // Вісник КНУТД. - 2004. - №2. - С. 72-76.

23. Панасюк І.В. Експериментальне дослідження кута відриву частинок сипкого середовища від стінки в обертовому планетарному барабані // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2004. - Ч. 1, Т. 3, №2. - С. 9-13.

24. Панасюк І.В. Алгоритм розрахунку кількості матеріалу, що видаляється з полімерних деталей при фрикційному контакті з абразивними частинками // Вимірювальна і обчислювальна техніка. - 2003. - №12. - С. 210-213.

25. Панасюк І.В., Запека М.В. Дослідження швидкості руху частинок робочого середовища в планетарному барабані з горизонтальними осями обертання // Вісник КНУТД. - 2004. - №3. - С. 52-55.

26. Планетарный центробежный станок для обработки деталей свободным абразивом: А.с. 1551334 СССР, МКИ В24 В31/02 / А.П. Бурмистенков, И.В. Панасюк (СССР). - № 4371253/08; Заявл. 29.11.88; Опубл. 23.03.90, Бюл. №11. - 4 с.

27. Планетарный центробежный станок для обработки деталей свободным абразивом: А.с. 1703411 СССР, МКИ В24 B31/104 / А.П. Бурмистенков, И.В. Панасюк, В.А. Ломака, В.В. Пономаренко (СССР). - № 4668400; Заявл. 28.03.89; Опубл. 07.01.92, Бюл. № 1. - 6 с.

28. Панасюк И.В. Определение параметров относительного движения частиц сыпучей среды в емкостях планетарно-центробежных установок // Тезисы докладов XLII научной и X научно-методической юбилейных конференций профессорско-преподавательского состава посвященных 60-летию основания института. - Киев: КТИЛП. - 1990. - С.252

29. Бурмистенков О.П., Панасюк І.В. Математична модель динаміки частинки сипкого середовища в ємкості зі складним рухом // Тези доповідей міжнародної науково-технічної конференції “Вдосконалення обладнання легкої промисловості та складної побутової техніки”. - Хмельницький: ХТІ, 1993. - С.34.

30. Бурмистенков О.П., Панасюк І.В. Особливості динаміки сипкого середовища в ємкостях зі складним рухом // Наукові праці. Ювілейна наукова конференція професорсько-викладацького складу, присвячена 65-річчю заснування академії. - К.: ДАЛПУ, 1995. - Ч. II. - С. 3.

31. Бурмистенков А.П., Панасюк И.В. Галтовочная установка с трехмерным движением емкости // Тези доповідей науково-практичної конференції “Технологічний Університет в системі реформування освітньої та наукової діяльності Подільського регіону”. - Хмельницький: ТУП, 1995. - С. 345.

32. Бурмистенков А.П., Панасюк И.В., Скринник В.В. Аналитическое определение износа обрабатываемых деталей в галтовочных установках // Сборник научных трудов ХII международной научной школы “Вибротехнология - 2002”. Выпуск №12. - Одесса: НПО “ВОТУМ”. - 2002. - С. 32-34.

Размещено на Allbest.ru