Содержание к диссертации
Введение
Состояние вопроса и постановка задачи исследования 8
1.1. Обзор литературных источников ." 8
1.2. Вырубочные плиты 24
1.2.1. Особенности конструкции плит 24
1.2.2. Критерии качества вырубочных ПВХ плит 27
1.2.3. Основные недостатки существующих ПВХ плит. Пути повышения стойкости 29
1.3. Выводы
Динамические характеристики раскройных прессов 34
2.1. Особенности динамического процесса на вырубоч-ных прессах 34
2.2. Динамическая модель пресса с учетом вырубочной плиты 36
2.2.1. "Локальная" динамическая модель 40
2.2.2. Исследования "локальной" модели при врубании -резака в плиту 54
2.3. Процесс разруба с учетом характеристик полимерных плит 57
2.4. Выводы
Экспериментальные исследования динамических характеристик раскройных прессов с учетом влияния стабилизированных плит 62
3.1. Приборы и аппаратура. Параметры и методика исследований 62
3.1 1. Приборы и аппаратура 62
3.1.2. Параметры исследований 67
3.1.3. Методика проведения исследований 68
3.2. Исследование характеристик движения ударника в процессе разруба 81
3.3. Влияние врезания резака в плиту на характеристики процесса 92
3.3.1. Зависимость величины врезания резака плиту от настройки хода резака 93
3.3.2. Влияние величины врубания резака на усилие процесса 96
3.3.3. Влияние деформации упруго-изолирующей прокладки на характеристику врубания 101
3.4. Выводы
Экспериментальные исследования стабилизированных плит в фабричных условиях
4.1. Физико-механические характеристики стабилизированных ПВХ плит Ш
4.2. Исследование стойкости стабилизированных плит в фабричных условиях 115
4.3. Обработка результатов испытаний плит 118
4.4. Выводы
5. Некоторые юпросы выбора конструкционных и эксплуатационных параметров прессов с учетом стабшшзированных пвх плит 126
5.1. Выбор параметров консольных ЭШ при использовании полимерных плит 126
5.2. Рекомендации по улучшению качества полимерных плит прессов . I29
5.2.1. Рекомендации по технологии производства ПВХ плит 129
5.2.2. Рекомендации по контролю качества выру- бочных плит 132
5.3. Рекомендации по выпуску различных типов плит в зависимости от раскраиваемого материала 140
5.4. Выводы
Общие выводы по диссертации . 144
Список использованных источников
- Особенности конструкции плит
- Динамическая модель пресса с учетом вырубочной плиты
- Исследование характеристик движения ударника в процессе разруба
- Исследование стойкости стабилизированных плит в фабричных условиях
Введение к работе
Решениями ХХУІ съезда КПСС предусматривается дальнейшая реконструкция и техническое перевооружение предприятий обувной промышленности, усиление их специализации, на производстве изделий выского технического уровня и качества /I/. Улучшение качества обуви в значительной степени зависит от качества раскроя.
Электрогидравлические вырубочные прессы (ЭГП), наиболее широко используемые в раскройном производстве обувной и кожгалантерейный промышленности, обладают рядом преимуществ по сравнению с другими видами раскройного оборудования: обеспечивают более высокую производительность,точность кроя, уменьшение межмодельных отходов, автоматизацию операций, большую надежность и безопасность в работе, меньшие шум и инерционные нагрузки.
В СССР вырубочные прессы работают на алюминиевых, стальных, поливинилхлоридных (ЇЇВХ), деревянных, спецкартон-ных и других плитах и колодах /31/.
Неметаллические вырубочные плиты являются основным;: изнашивающимся элементом раскройных прессов. Это обуславливается сущностью процесса вырубания, при котором обязателен перебег (врезание) в плиту режущего инструмента (резака, штампа) после разруба раскраиваемого материала. Наличие перебега обеспечивает хорошее качество раскроя, но вызывает изрубание поверхности плит, т.е. их износ. Величина необ-
ходимого перебега зависит от соотношения свойств раскраиваемого материала, характеристик плит, конструкции резаков и прессов, но в каэдом случае должна быть различной.
В настоящее время, в Советском Ооюзе отсутствует регламентация перебега резака для различных условий процесса. Отсюда - неоптимальные условия разруба на разных плитах и, фактически, повышенный износ плит, что влияет на долговечность работы пресса.
Исследовани ями установлено, что наиболее оптимальным является раскрой на ЭГП на полимерных, в частности ПВХ, плитах. В соответствии с вышеизложенным, темой данной работы является изучение влияния физико-мехаиичееких свойств полимерных плит на динамику ЭГП консольного типа. Рассматриваются ПВХ плиты Московского заводв технических изделий (МЗТИ) улучшенного качества за счет применения метода стабилизации. Под стабилизацией понимаются такие условия их изготовления, при которых обеспечивается изменение структуры и физико-механических характеристик плит в результате введения измененных условий их изготовления .
За рубежом выпускаются плиты для раскроя различных материалов. В зависимости от параметров раскраиваемого материала используются соответствующие плиты. В связи с этим необходимо перейти к выпуску плит дифференцированно с учетом раскроя различных материалов. Рациональное использование плит позволит уменьшить нагрузки на элементы пресса за счет оптимальных режимов процесса вырубки.
Актуальность темы состоит в решении вопроса повышения надежности и долговечности вырубочных прессов консольного типа и его основных изнашивающихся элементов, и в первую очередь, вырубочных полимерных плит.
Научная новизна заключается в разработке методики исследования процесса раскроя кожматериалов на полимерных плитах и их влияние на динамику ЭШ, а также методики ускоренного измерения физико-механических параметров полимерных плит.
Практическая ценность заключается в том, что предложенные направления по усовершенствованию конструкций прессов и плит позволяет повысить их долговечность, а также увеличить производительность пресса. Использование методики исследования даст возможность на стадии проектирования вырубочных ЭГП консольного типа оценить их динамические свойства. Результаты работы приняты к внедрению в НИИЛЕГШШе (г.Орел), МЗТИ, MQ00 "Заря" и могут быть использованы на других предприятиях .
Диссертационная работа состоит из пяти глав, заключения, списка использованных источников и приложения и изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков, 20 таблиц.
\
Особенности конструкции плит
В настоящее время в раскройном производстве страны на ЭГП используются различные типы вырубочных плит: 1) металлические (стальные и алюминиевые); 2) полимерные (в основном, поливинилхлоридные); 3) различные типы деревянных, спецкартонных и полимерных колод.
В последние годы большинство предприятий обувной и кож-галантерейной промышленности перешли или переходят на полимерные вырубочные плиты- Это объясняется тем, что они имеют ряд преимуществ по сравнению с другими видами плит: низкая стоимость, повышенная стойкость режущего инструмента, обеспечение чистоты кроя, уменьшение перегрузок элементов пресса /29/ и т.д.
Конструкция плиты серьезно влияет на ее долговечность и следовательно, на экономическую эффективность. В настоящее время выпускаются плиты 2 конструкций:
I) однослойные (рис.1.2), полученные спрессовыванием 5-6 слоев пластика;
Z) трехслойные (рис.1 3)j имеющие одинаковые наружные -рабочие и внутренний - нерабочий (амортизационный) слои.
Последние плиты обладают лучшими эксплуатационными характеристиками - износостойкость их выше в 3 раза» чем у однослойных, что объясняется наличием внутреннего амортизационного слоя, обеспечивающего компенсацию неплоскостности поверхности плиты и перебега реэака./31/. Кроме того, при изготовлении обеспечивается малая неплоскостность и непараллельность рабочих поверхностей плит, что достигается доводкой горячих плит в ручном БИНТОВОМ прессе.
Попытка внедрения в производство данных плит» выпускаемых Винницким обувным объединением им.Шорса (ВСЮ) в небольшом количестве для собственных нуад, на других заводах успеха не имела ввиду большой трудоемкости изготовления и доводки.
Таким образом, используемые в раскройном производстве серийные полимерные плиты относятся к однослойным.
Зарубежные раскройные плиты изготавливаются только в один монолитный слой Сна основе ПВХ, полипропилена и др.материалов) , при этом в зависимости от способа эксплуатации делятся на: 1) плиты с двумя рабочими поверхностями; 2) плиты с одной рабочей поверхностью- для приклеивания к подложке одной стороной плиты (рис.1.4).
Выпускаются плиты и с токопроводящими характеристиками. Отключение ударника на прессах, использующих подобные плиты, осуществляется при врубании резака в плиту и замыкании цепи, после чего импульс постувает на щит управления и ударник поднимается вверх /29/.
Необходимо отметить, что за рубежом раскройные плиты изготавливаются разные по твердости для различных раскраиваемых материалов.
Таким образом, в отечественное раскройное производство следует внедрить опыт зарубежных фирм по обеспечению дифференцированного раскроя различных материалов на соответствующих вырубочных плитах, что значительно увеличит долговечность плит, прессов, реэдтцего инструмента, улучшится качество раскроя, увеличится производительность труда и т.д. При этом необходимо создание плит с более высокими эксплуатационными характеристиками.
Для полимеров характерна более резко выраженная темпе-ратурно-вреыенная зависимость механических свойств по сравнению с другими материалами, например, металлами. Особое достоинство большинства полимерных материалов заключается в сочетании требуемого уровня механических свойств с низкой стоимостью и высокой производительностью труда при формовании изделий.
Большое влияние на механические свойства полимеров оказывают внешние факторы: температура, давление, термообработка и др. /31/.
Необходимо отметить, что ПБХ плиты работают на прессах в условиях ускоренного износа под воздействием режущего инструмента. При этом плиты изрубаются, крошатся, сминаются и т.п., т.е. претерпевают различные деформации /ЗОЛ Весь указанный комплекс условно можно назвать износом плиты, а обратная характеристика - стойкость плиты. Последняя определяется физико-механическими характеристиками плиты, которые зависят от химического состава, а также от техпроцесса изготовления /52, 27/.
По существующим ТУ 1205-79 /33/ основным параметром» по которому определяется качество плиты является твердость.
Динамическая модель пресса с учетом вырубочной плиты
При составлении динамической модели пресса учитывалось то, что необходимо более тщательное исследование влияния используемой полимерной вырубочной плиты, обеспечивающей снижение нагрузок на пресс при оптимальном подборе параметров плит В динамической модели приняты следующие условные обозначения: ГПj - масса, Cj - коэффициенты жесткости, У] - коэффициенты диссипации, Jj - момент инерции, Д - двигатель. Обозначения, принятые в динамической модели пресса ПВГ-8-2-0: ГП - масса ударника; СТ,УТ - коэффициент жесткости и диссипации полимерной вырубочной плиты; С2 - параметры кожи; С - жесткость ударника; С - жесткость консольногосоединення ударника и скалки; Cg - параметр возврата ударника после вырубки; ГЛЕ - масса скалки; С.4 5 параметры скалки; Ш 2 - масса поршня; С7 7 " параметры поршня; Ш.tC з 8 - масса и коэффициенты трубопроводов ГП Б.Сд.Уд - параметры гидронасоса Од - момент инерции электродвигателя с маховиком;
Электродвигатель пресса представлен в виде динамической характеристики двигателя Д и приведенного момента инерции.
На деформации элементов конструкции оказывают влияние податливости и упругости соединений, валов, представленные на модель соответствующими коэффициентами Cj и SHj . Остальные элементы принимаются абсолютно жесткими.
Каждой динамической модели соответствует математическая модель, т.е. система дифференциальных уравнений, с помощью которых осуществляется математическое описание исследуемой системы. Исследование таких многомассовых систем целесообразно проводить на базе динамических моделей двух уровней "глобальный" и "локальный" /57/.
Анализ некоторых элементов глобальной модели таких как гидро-и электропривода проведен в ряде работ /14, 18,19/, деформационных характеристик меткой кожи ігри разрубе. /18/, деформации ударника /15, 16, 17/ и др. Но анализ, как правило, проводился без учета параметров вырубочной плиты, либо при большой жесткости её {что характеризует использование металлических плит).
В работе /18/ рассмотрена приближенная модель процесса разруба мягкой кожи, состоящая из лицевого слоя и дермы Они учитывают особенности кожи как двухслойного упруговязкого материала (рис.2.3). На модели обозначены: I- контур кожи, П - вырубочная плита, Ш - амортизатор. Хотя автором введены параметры плиты Е и /11 но их влияние не исследовано. При этом процесс резания кожи рассмотрен подробно, учитывая ее параметры Ен , JU и и Ej , jLi j- , а напряжения также Ос О наш В связи с вышеизложенным в динамической модели пресса (рис.2 2) разрубаемая кожа моделируется только величинами cz -и у2.
Параметры же вырубочной полимерной плиты в "глобальной" модели представлены параметры От и Н/ т« Учитывая, что практически, отсутствуют работы по анализу влияния полимерных плит на характеристики процесса разруба, такое допущение возможно.
В настоящее время полимерные плиты находят все большее применение и в связи с этим необходимо исследование динамических характеристик пресса с учетом используемых плит, оптимальный подбор параметров которых позволит снизить нагрузки на элементы пресса.
Поэтому, исходя из поставленной задачи, ниже рассматривается только "локальная" динамическая модель. При этом, учитывая большие технологические усилия в момент разруба и внедрение резака в плиту, исследуется влияние усилий на динамические характеристики пресса»
Исследование характеристик движения ударника в процессе разруба
В работе /18/ и ряде других проведен анализ перемещения, деформации и усилия на ударнике при использовании металлических вырубочных плит и сделаны первые.шаги для ПВХ плит. Ниже рассматриваются характеристики усилия ударника на прессе ПВГ-8-2-0 и деформация при врубке на стабилизированный , серийный и импортной плитах.
Изменение усилия в процессе вырубки показано на рис.3.13-рис-3.20 при различный величинах настройки h Рассмотрим функции Р = j- ( t ) по стадиям вырубоч-ного процесса (табл.3.5-3.7).
Первый участок ОА (рис.3.13) - происходит уплотнение кожи. При этом значения усилия на данной стадии для серийной 2 и стабилизированной I плит практически одинаковы (ОВ, рис.3.13), что объясняется незначительной разницей твердости данных плит:
На участке АВ происходит выборка зазоров» поэтоь у усилие имеет, практически постоянную величину.
В момент В ударник вторично касается с резаком и начинается деформация сжатия и резание котки, при этом происходит возрастание усилия до момента С. Точка С - характеризует усилие разруба. Усилие разруба для исследуемых плит, практически, одинаково и находится в диапозоне Р разї) = 12,3 14,3 кн. Момент разруба происходит в момент времени t = ОДІ сек.
Стадия СД , как отмечалось выше, характеризует ход резака в разорвавшихся слоях кожи, при этом усилие падает.
В момент Д происходит касание резаком поверхности плиты, что характеризуется резким увеличением усилия процесса (рис.3.13 - 3.20)Ф Таким образом, стадия ДЕ - внедрение резака в плиту. В связи с различной величиной h н и физико-механическими параметрами значения усилия процесса растут неодинаково. Момент достижения максимального усилия Рта ДОЯ различных величин настройки хода резака находится в диапозоне tgr t jn, что по времени соответствует t = 0,14+0,18 сек Точка Е характеризует максимальное усилие процесса. Из табл.3.5-3.7 и рис.3.13-3.20 видно, что наименьшие значения Ртах при всех hH соответствуют вырубке на стабилизированных плитах; наибольшие же значения Р тах - импортным плитам, имеющим более высокую твердость, превышающую в 3 раза твердость серийных плит и в 2 раза - стабилизированных.
Анализ работы пресса при значительном увеличении величины настройки до 4,8 мм показывает, что в этом случае при вы рубке на импортных и серийных плитах МЗТИ пресс работает в предельных режимах; сответственно
Изменение деформации ударника 6 vn в зависимо-сти от величины hH имеет линейный характер (рис.3.21). Обработка данных по методу наименьших квадратов /56/ позволила выявить значения & уд# - f ( h н ) для исследуемых типов полимерных плит: при вырубке на стабилизированных плитах 5 VI1 = 2,098 hH - 2,975 (3.2) на серийных плитах МЗТИ 5уд# = 2,330 hH - 3,09В (3.3) на импортных плитах 6 - 2,846 Ин - 4,519 (3-4)
Таким образом, при работе на полимерных вырубочных пли-тах наименьшие деформации ударника происходят при использовании стабилизированных ЇІВХ плит (рис.3.21).
Разница расчетных и экспериментальных значений составляет 1,9 3,3%. Характер изменения зависимости 6 = { ( h вр ), полученные при теоретических исследованиях (2.2.1) и &уд. = і t hH ) И & уд. = "f И вр. . практически, одинаков. Некоторый разброс значений характеризуется упруго-диссипативными параметрами используемых при вырубке плит и их влиянием на деформационные харакшеристи-ки прессов консольного типа.
Величина врезания (врубания) резака в плиту является одним из главных факторов, влияющих как на долговечность плит, так и элементов пресса. В связи с этим определение оптимальных значений врубания резака в поверхность плит позволит увеличить срок службы прессового оборудования. Ниже
Ниже рассматривается влияние величины указанной характеристики на параметры процесса.
В настоящее время настройка величины врубания на раскройных предприятиях страны производится с помощью технологического контакта, находящегося на остове пресса под нерабочей поверхностью ударника. При этом настройка производится "на глазок" до обеспечения гарантированного разруба. Это приводит к ускоренному износу поверхности плиты При определении зависимости h вр - j ( Іін ) использовалось устройство ТК-2 (см.3.1.1). Величина настройки имела следующие значения: hH =2,8; 3,0; 3,2; 3,5; 4,0; 4,2; 4,5; 4,8 мм. Измерения фактического врубания в плиту производились с помощью иглы и микроскоиа МБС-9 по 9 точкам (по 3 на каждый след резака). Для каодой величины Ґ1н производилось 3 раза. При этом замер h производился после каждого разруба для уменьшения погрешности вследствие релаксации плиты. Для устранения систематической погрешности опыты производились в различной последовательности Пн в каздой серии. Результаты представлены в табл.3.9
Исследование стойкости стабилизированных плит в фабричных условиях
Срок службы стабилизированных плит исследовался на Ж100и3аря". Испытания проводились при раскрое деталей верха обуви тонкостенными 3-4 мм) резаками на прессах ПВГ-8-0 Для контроля каждая работница получала таблицу, в которую заносились: дата начала испытаний и окончания, ежедневное количество разрубов на каждой плите как до реставрации, так и после восстановления изношенной поверхности, номер вырубаемой модели, количество пар и деталей на пару. Йспытывалось несколько партий стабилизированных плит: 1) с термообработкой в воде; 2) с термообработкой на воздухе; 3} с увеличением времени горячего прессования и 120 мин.х;
Всего изготовлено 118 плит различных типов. При этом термообработка предусматривала охлаждения как на открытом воздухе при температуре 27-29С, так и в воде 25-27G, Высокая температура воды является отрицательным фактором. Как показали испытания в лабораторных условиях охлаждение в воде 14-20С повышает твердость ПВХ плит /31/ В течении І98І-І982гг. было изготовлено и испытано в фабричных условиях 7 партий плит (табл.4.4). Дяя сравнения были испытаны таюце серийные плиты МЗТИ.
Анализ табл.4.4 показывает что в основном, стабилизированные плиты всех типов более долговечны в сравнении с серийными. Так наибольшее увеличение стойкости показали плиты 7 типа - в 1,9 раза» ігри этом наиболее многочисленные партии плит 4 и 5 типов показали увеличение стойкости, соответственно в 1,5 и 1,7 раза выше серийных. Только плиты 2 типа (табл.4.4) показали стойкость ниже серийных, что объясняется термообработкой в воде, температура которой V 30С.
Контроль испытаний осуществляется как со стороны представителей ЛИТЖ1 им.С.М.Кирова, так и сотрудников химической лаборатории МП00 "Заря".
По результатам испытаний составлены соответствующие акты испытаний, утвержденные МП00 "Заря", МЗТИ и ЛИТЛП имени С.М.Кирова Ссм.прилож.2.3).
Результаты исследований стабилизированных плит в фабричных условиях позволяют сделать следующие воводы:
1) стабилизированные плиты имеют срок службы выше серийных в 1,5-1,9 раза, что при незначительных изменениях процесса изготовления позволит получить более качественные плиты;
2) обеспечение оптимальных физико-механических характеристик: НВ Ж,0 МПа, Ь 0,5 мм позволит увеличить стойкость стабилизированных плит более, чем в 2 раза;
3) в перспективе необходимо исследовать плиты с увеличенным временем горячего прессования на большой партии плит,
Математическая обработка результатов испытаний стабилизированных ПБХ плит проведена в соответствии с методикой обработки данных /49/. Уравнение зависимости стойкости от параметров твердости и неплоскостности имеет вид: Хт= аіХн + а2Х6 (4.D где aj и а - постоянные коэффициенты; Ут - функция стойкости плит; ХН6 - нормированные значения твердости; Xg - нормированные значения неплоскостности; Выявление значений коэффициента aj и ag позволит получить зависимость стойкости от физико-механических параметров. При этом, в соответствии с тем, что т = т0 + тп (4.2) где Т - полная стойкость плит; Т- - стойкость плит до реставрации; Тп - стойкость плит после реставрации Общее уравнение имеет вид: (4.3) В соответствии с вышеизложенным определялись зависимости до и после реставрации, что после суммирования (4.3) являлось искомым уравнением.
