Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методы проектирования технологической оснастки обувного производства. состояние и перспективы
1.1. Развитие методов проектирования рациональной внутренней формы обуви
1.2.. Методы проектирования пресс-форм для; каркасных деталей обуви
1.3. Математические методы, используемые при автоматизированном проектировании элементов технологической оснастки обувного производства
1.3.1. Способы задания пространственных кривых, составляющих каркас колодки, и участков поверхности колодки
1.3.2. Сплайн-интерполяция кривых и поверхностей элементов технологической оснастки обувного производства
1.4. Автоматизированное проектирование и; изготовление технологической оснастки обувного производства
Выводы по 1 главе 83
Глава 2. Совершенствование методов автоматизированного проектирования обувных колодок
2.1.. Выбор подхода при решении задачи автоматизированного проектирования обувной колодки
2.2... Исследование закономерностей перехода от размеров и формы; стопы к размерам и форме колодки
2.3. Разработка методики геометрического моделирования контуров поперечно-вертикальных сечений колодки по данным о контурах сечений стопы
2.4. Разработка программно-методического комплекса проектирования рациональной внутренней формы обуви
2.4.1. Алгоритм автоматизированного проектирования внутренней формы обуви
2.4.2. Описание работы программно-методического комплекса "PattenDesiner"
2.4.3. Получение непрерывного описания поверхности колодки
Выводы по 2 главе 136
Глава 3. Разработка методов автоматизированного проектирования технологической оснастки для изготовления каркасных деталей обуви
3.1. Разработка методики оценки и учета деформационных свойств материалов, используемых для изготовления каркасных деталей обуви
3.2. Разработка математической модели учета деформационных свойств материалов для каркасных деталей при проектировании формующей оснастки
3.3. Алгоритм перехода от поверхности жесткого задника к поверхности элементов формующей оснастки
3 А. Описание программно-методического комплекса 182
автоматизированного проектирования технологической оснастки для формования каркасных деталей
Выводы по 3 главе 188
Глава 4. Разработка методов автоматизированного проектирования пресс-форм для изготовления деталей низа обуви
4.1. Подготовка исходных данных: для автоматизированного проектирования и изготовления пресс-форм; обувного производства
4.2. Способы получения исходных данных 200
4.3. Определение координат внутреннего контура подошвы 204
4.4. Градирование элементов пресс-форм; 207
4.5. Расчет кривых и поверхностей, производных от внутреннего контура подошвы 214
4.6.. Автоматизированное проектирование и изготовление пресс-форм для деталей низа обуви 219
4.7. Проектирование прессовых колодок 231
4.8. Модульные решения разработанного программно- методического комплекса 238
Выводы по 4 главе 247
Глава 5. Разработка методов автоматизированного проектирования технологической оснастки для изготовления ортопедической обуви и ортопедических изделий 250
5.1. Разработка методов автоматизированного получения исходных данных о форме и размерах стопы при проектировании ортопедических изделий 253
5.1.1 Программно-методический комплекс обмера и диагностики состояния стопы 253
5.1.2. Получение пространственных характеристик плантарной поверхности стопы с использованием метода «Муар-эффекта»263
5.2. Разработка методов автоматизированного проектирования и изготовления индивидуальной формующей оснастки для сложной ортопедической обуви 269
5.2.1. Разработка методического и программного обеспечения получения и интерактивной коррекции непрерывной интерполяционной поверхности индивидуальной формующей оснастки для изготовления сложной ортопедической обуви 269
Программно-методический комплекс «Ортопед» автоматизированного проектирования индивидуальной формующей оснастки для сложной ортопедической обуви 277
Автоматизированное проектирование вкладных ортопедических 282
изделий и пресс-форм для их изготовления
Выводы по 5 главе 286
Заключение 289
Библиографический список
- Методы проектирования пресс-форм для; каркасных деталей обуви
- Исследование закономерностей перехода от размеров и формы; стопы к размерам и форме колодки
- Разработка математической модели учета деформационных свойств материалов для каркасных деталей при проектировании формующей оснастки
- Расчет кривых и поверхностей, производных от внутреннего контура подошвы
Введение к работе
В условиях рыночной экономики, характеризуемых ростом ассортимента товаров и обострением конкурентной борьбы между отечественными и зарубежными производителями, все более актуальным становится вопрос быстрого обновления ассортимента выпускаемой продукции при одновременном обеспечении высокого уровня потребительских свойств. В настоящее время обеспечение конкурентоспособности отечественной продукции выдвинуто
правительством в число первоочередных задач. Решение данной задачи возможно за счет использования новых материалов и технологий, перехода на новые эффективные формы организации труда.
Для обувного производства первоочередное значение в обеспечении высоких потребительских свойств выпускаемой продукции имеет уровень конструкторско-технологической подготовки производства, повышению эффективности которой способствует применение систем;
автоматизированного проектирования (САПР). За последнее время у нас в стране, как и во всем мире, осуществляется компьютеризация обувного производства, активно внедряются новые информационные технологии. Вместе с тем, пока еще автоматизированы только отдельные этапы конструкторско-технологической подготовки производства обуви.
Одной из задач конструкторско-технологической подготовки обувного производства является проектирование и изготовление технологической оснастки, от рациональности формы, конструктивного и технологического уровня которой зависит комфортность и внешний вид обуви.
Оперативность изготовления колодок и пресс-форм во многом определяет сроки запуска новых моделей в производство. Смена ассортимента обуви влечет за собой не только разработку нового фасона колодки, но и замену всей используемой технологической оснастки, к числу
которой относятся пресс-формы для изготовления низа обуви, а также каркасных деталей.
Опыт ведущих мировых производителей обуви и комплектующих деталей показывает, что наиболее совершенная оснастка может быть создана с использованием возможностей современных систем автоматизированного проектирования (CAD/CAM-систем). Данные системы являются мощным инструментом проектирования и последующего автоматизированного изготовления на программно-управляемом оборудовании различных по конструкции, назначению и; способам обработки пресс-форм, колодок, других элементов технологической оснастки обувного производства.
Создание теоретических основ, методического и программного обеспечения системы автоматизированного проектирования технологической оснастки является стратегическим средством повышения потребительских: свойств продукции и гибкости производства за счет перехода на качественно новый уровень конструкторско-технологической подготовки.
В настоящее время как у нас в стране, так и за рубежом уже создан ряд подсистем САПР обуви (С АПРО), решающих различные задачи конструкторско-технологической подготовки производства. Вместе с тем, недостаточно разработанной является стадия проектирования и изготовления элементов технологической оснастки сложной пространственной формы, к числу которых в первую очередь относится обувная колодка. Существующие на сегодняшний день системы автоматизированного проектирования обуви не решают главной задачи - перехода от формы и размеров стопы к форме и размерам: колодки. Даже самые дорогие и: совершенные САПРО, решая задачи трехмерного проектирования, предусматривают оцифровку поверхности готовой колодки и последующую модификацию ее формы. Не существует и системы проектирования по данным стопы индивидуальной формующей оснастки для ортопедической обуви. Также известные САПРО не обеспечивают комплексного решения проблемы автоматизации процессов проектирования и изготовления различного вида пресс-форм в современных
производственных условиях.
Основным элементом технологической оснастки обувного производства является колодка. Исследования по проблеме создания рациональной внутренней формы обуви (ВФО) ведутся давно как у нас в стране, так и за рубежом. Основоположниками научной школы проектирования обувных колодок являлись ИМЛковлев, И.И.Приклонский, Л.П.Николаев, М. А. Петров, Ю.П.Зыбин, Б.П.Хохлов, Х.Х.Лиокумович и др. Начиная с середины XX века стали применяться аналитические методы расчета параметров обувной колодки по исходной цифровой модели стопы, использующие критерии рациональности ВФО. Данное направление разработано в трудах Ю.П.Зыбина, В.А.Фукина, А.А.Рындича, К.ИЛенцовой, О.В.Фарниевой, В.ПЛыбы и др.
Теоретические и методологические основы автоматизированного проектирования рациональной обуви и технологических процессов ее изготовления заложены в трудах ученых МГУДТ и СПбГУТД.
Однако, несмотря на значительное количество осуществленных в данном направлении исследований, проблема создания подсистемы автоматизированного проектирования внутренней формы обуви, других видов технологической оснастки продолжает оставаться актуальной.
Цель работы - разработка теоретических основ, методического и программного обеспечения системы автоматизированного проектирования технологической оснастки для производства обуви и протезно- ортопедических изделий; внедрение в процесс конструкторско- технологической подготовки современных, наукоёмких CAD/CAM- технологий.
Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие задачи:
- обобщены и систематизированы существующие методы проектирования и изготовления обувных колодок, других элементов технологической оснастки;
- развиты теоретические положения перехода от формы и размеров стопы к соответствующим параметрам колодки, а также к параметрам оснастки для формования каркасных деталей;
- созданы метод и приборная база определения формы и размеров стопы;
- на основе проведенных исследований уточнена, взаимосвязь формы и размеров стопы и колодки;
- на основе проведенных исследований влияния физико-механических свойств материалов и режимов формования сжатием на формоустойчивость каркасных деталей получены математические модели учета деформационных свойств;
- разработан метод проектирования оснастки для формования сжатием каркасных деталей, учитывающий деформационные свойства применяемых материалов;
- предложен научный подход к решению проблемы автоматизации процессов проектирования и изготовления технологической оснастки производства обуви и протезно-ортопедических изделий, основанный на адаптации современных CAD/CAM-технологий, путём разработки специализированных программно-независимых модулей и: интегрированных утилит;
- предложена структура информационного обеспечения автоматизированного проектирования технологической оснастки для производства обуви и протезно-ортопедических изделий;
- разработано методическое и программное обеспечение подсистемы автоматизированного проектирования и изготовления технологической оснастки;
- осуществлена практическая реализация разработанных методов проектирования обувных колодок и пресс-форм как в ручном, так и в автоматизированном исполнении.
Объекты исследования: методы проектирования технологической оснастки производства обуви и протезно-ортопедических изделий, процессы
конструкторско-технологической подготовки производства изделий из кожи, проектирования колодок и пресс-форм с использованием компьютерных технологий.
Методы и средства исследований. В основу работы положен целостный системный подход к решению сложных задач в области создания элементов САПР. В диссертационной работе использованы принципы создания автоматизированных систем; теоретические основы проектирования обувной оснастки; методы математического анализа; положения прикладной математики, аналитической и дифференциальной геометрии; методы статистической обработки экспериментальных данных, алгоритмизации и программирования.
Научная новизна состоит в следующем: разработаны научные основы автоматизированного проектирования технологической оснастки производства обуви и протезно-ортопедических изделий;
- предложен научный подход к решению задачи автоматизации процесса проектирования и изготовления техоснастки, заключающийся в адаптации универсальных машиностроительных CAD/CAM-систем к специфике проектирования объектов обувного производства за счет разработки программно-независимых модулей и интегрированных утилит;
разработана единая методология автоматизированного проектирования и изготовления технологической оснастки на стадии конструкторско-технологической подготовки производства обуви и протезно-ортопедических изделий, ориентированная на применение современных, наукоёмких CAD/CAM-технологий;
- разработаны методы и алгоритмы геометрического моделирования поверхности колодки по данным стопы;
- разработаны научные основы проектирования оснастки для формования сжатием каркасных деталей обуви с учетом деформационных свойств
используемых материалов;
разработан метод бесконтактного обмера стопы, использующий явление «Муар-эффекта», и создан прибор для определения формы и размеров стопы, конструкция которого защищена авторским свидетельством; - разработаны методологические основы автоматизированного проектирования технологической оснастки для изготовления обуви и протезно-ортопедических изделий.
Практическая значимость и реализация работы заключается в разработке методического и программного обеспечения подсистемы автоматизированного проектирования и изготовления технологической оснастки производства обуви и протезно-ортопедических изделий, включающей целый ряд программно-независимых и интегрированных модулей. Разработанные программно-методические комплексы используют-исходные данные, получаемые и обрабатываемые с помощью различных способов; обеспечивают реальный выход на технологическое оборудование; позволяют передавать полученную цифровую информацию в различные CAD/CAM-системы. На примере адаптации CAD/САМ системы Cimatron апробирована предложенная методология автоматизированного проектирования элементов техоснастки, основанная использовании разработанных нами интегрированных утилит и программно-независимых модулей подготовки данных.
Применение разработанных методов и программного обеспечения позволяет перейти на «безбумажную» технологию конструкторско-технологической подготовки производства, обеспечить качественно более высокий уровень проектирования сложных ЗО-объектов технологической оснастки, отказаться от трудоемкого процесса ручного изготовления эталонов поверхностей, шаблонов, копиров, рамок;и др. вспомогательной оснастки. Таким образом, значительно сокращаются сроки на проектирование и изготовление технологической оснастки, снижаются
расходы за счет рационального использования оборудования, повышается качество готовых изделий.
Разработанные теоретические и методические разработки, программное обеспечение внедрены в практику реального проектирования и производства технологической оснастки обувного производства на ряде предприятий; отрасли: ОАО «Комплект» (г.Москва), Тверском, Казанском и Кировском комбинатах искусственных кож, ОАО "Егорьевск-обувь", ООО "Аквелла" (г.Москва). Результаты работы используются в учебном процессе в соответствующих разделах курсов "Проектирование технологической оснастки обувного производства", "Конструирование изделий; из кожи", "Современные методы проектирования і изделий из кожи" для студентов спец. 28.12.00 и 22.03 САПР.
Реализация предлагаемого в диссертационной работе подхода к автоматизации процессов проектирования и изготовления элементов технологической оснастки производства обуви и протезно-ортопедических изделий позволяет решить. проблему обеспечения конкурентоспособности отечественной продукции, снижения затрат на ее изготовление и повышения качества изделий.
Апробация работы. Основные положения и результаты
диссертационной работы докладывались, на научно-технической конференции "Актуальные проблемы науки, техники и экономики; легкой промышленности"(МГУДТ, 19-21 апреля 2000г.); научно-техническом семинаре "Современные технологии проектирования и изготовления формообразующей оснастки на базе CAD/САМ системы Cimatron", проходившем в ГРОЦ (г. Санкт-Петербург, 6-7 октября 1998 г.); 14-ой Международной научной конференции Миттвайда (University of Applied Sciences, Hochschule Mittweida), Германия, 8-11 ноября 2000г.); международной научной конференции "PRZEMYSL LEKKI NA
PRZEKOMIE TYSIACLECI" (Radom, 2001); Международной научно-технической конференции "Новые технологии и материалы в текстильной и
легкой промышленности" (Бухара, 14-15.09.200ІГ.); Международной научной конференции «Текстиль, одежда, обувь: Дизайн и производство». (Витебск, 2002г.); Международной научной конференции «Роль предметов личного потребления в формировании среды жизнедеятельности человека» (МГУДТ, 2002).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано более 80 работ во всесоюзных и российских журналах, в том числе в журнале «Кожевенно-обувная промышленность» - 12 работ, международных и межвузовских сборниках научных трудов и других изданиях. Основные результаты выполненных исследований и разработок отражены в 42 публикациях, двух учебных пособиях для студентов спец. 2812, монографии.
Личное участие автора в получении изложенных в диссертации результатов. Постановка задач, выбор методов и направления исследований, анализ и обобщение полученных результатов, теоретические положения и выводы диссертации принадлежат автору. Экспериментальные исследования, разработка конструкторских решений и их техническое исполнение осуществлялось при непосредственном участии автора. Автору принадлежат основные идеи большинства работ, опубликованных в соавторстве.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Объём диссертации составляет 324 страницы текста, в число которых входят 91 рисунок и 22 таблицы. Библиографический список содержит 312 наименований.
Методы проектирования пресс-форм для; каркасных деталей обуви
Совершенствование методов проектирования внутренней формы обуви невозможно без заимствования и обобщения существующего методического и информационного материала, накопленного учеными, начиная с середины XIX века. С этой целью нами был проведен анализ концепций, направлений и методов традиционного и і автоматизированного проектирования обувной колодки - основной технологической оснастки обувного производства.
При этом нами решались следующие задачи: обосновать состав и структуру исходных данных для проектирования внутренней формы обуви; выделить критерии? оценки рациональности внутренней формы обуви; обосновать методику перехода от размеров и формы стопы к размерам и форме колодки; сформулировать основные требования, предъявляемые к автоматизированному проектированию обувной колодки.
Анализируя эволюцию методов. проектирования внутренней формы обуви можно выделить несколько направлений, в которых работали исследователи.
К первому направлению относятся исследования по получению исходной информации о форме и размерах стопы. Работы данного направления [1-11] помимо получения информации о стопе включали в себя исследования по установлению размерных характеристик, позволяющих определять совокупность стоп различных групп населения, а также создание цифровых, аналитических, геометрических или натурно-аналоговых моделей стопы. В этом направлении проводили свои исследования такие ученые как И. М. Яковлев, И. И. Приклонсткий, О. Б. Линдау, Л. П. Николаев, М. А. Петров, В. В. Бунак, Ю. П. Зыбин, X. X. Лиокумович, Б. П. Хохлов, К.ИЛенцова, О. В, Фарниева, В. А. Фукин, Т.С.Кочеткова, В.К.Макаричева, В. В. Костылева, В. П. Лыба, Н. В. Бекк и ряд других.
Исследования по выявлению основных критериев оценки рациональности и комфортности внутренней формы обуви [1-3,5-8, 12,13,15,23] основывались на изучении биомеханических и физиологических характеристик взаимодействия стопы с обувью. Причем, рассматривалось изменение формы и размеров стопы при движении, изменение кровообращения в сосудистом русле стопы при сжатии, а также давление, оказываемое обувью на стопу и стопой на опору и субъективные ощущения потребителя при взаимодействии стопы с обувью.
Исследования в направлении разработки методов перехода от формы и размеров стопы к форме и размерам колодки до 50-х годов прошлого века ориентировались на использование ручных методов и обобщение накопленного ранее опыта. Начиная с середины XX века стали применяться аналитические методы расчета параметров обувной колодки по исходной цифровой модели условной средней стопы, использующие критерии оценки рациональности. Наибольший интерес в данном направлении представляют работы Ю.П.Зыбина, В.А.Фукина, А.А.Рындича, В.П.Лыбы [12,16-24].
Еще одну группу составляют исследования, направленные на создание математической модели поверхности обувной колодки.. Сюда же можно отнести работы по автоматизации процесса проектирования и изготовления обувных колодок на основе их геометрического образа [17,20,22,24,31,32,34]. С целью обобщения накопленного опыта и уточнения задач настоящей диссертации проведем анализ наиболее важных, на наш взгляд, работ по названным направлениям..
Уровень выполнения проектно-конструкторских работ и точность инженерных расчетов при проектировании внутренней формы обуви (ВФО) в значительной степени определяются объективностью используемых исходных данных о форме и размерах стопы. Полнота и достоверность этих данных зависят от применяемых при обмере методов и аппаратуры.
На сегодняшний день, при проектировании ВФО в большинстве случаев применяются ручные методы обмера. Перейти на новые интенсивные методы; проектирования и изготовления обуви, а также используемой технологической оснастки призвано помочь внедрение автоматизированных методов проектирования. С проблемой создания САПР обуви тесно связана проблема разработки методов и устройств обмера стоп, используемых в их составе.
Исследование закономерностей перехода от размеров и формы; стопы к размерам и форме колодки
Одной из важнейших характеристик, определяющих качество готовой обуви, является ее формоустойчивость. Даже частичное искажение формы обуви приводит к снижению комфортности в носке и потере эстетических свойств. В связи с этим, важным моментом при изготовлении обуви является обеспечение стабильности ее внутренней формы. Стабильность геометрических параметров поверхности, в свою очередь, обеспечивается за счет ее каркасности.
Под каркасом какого-либо тела {франц. carcasse - скелет) подразумевается пространственная конструкция, состоящая из отдельных скрепленных между собой элементов; воспринимающая основные нагрузки и обеспечивающая прочность и устойчивость геометрической формы объекта в целом [43]. Каркасность обуви обычно обеспечивается за счет следующих видов решений [44]: 1. Конструктивных (введения в конструкцию отрезных деталей, вытачек и т.д.); 2. Технологических (определение оптимальных режимов влажно-тепловой обработки, формования и др.) 3. Использование специальных деталей (деталей межподкладки, жестких задников и подносков, геленков и др.). 4. Использование вспомогательных материалов для обработки (пропитывающие вещества, клеи-растворы и т.д.).
Хотя внутренняя форма обуви формируется, как правило, в процессе выполнения обтяжно-затяжных операций, значительная роль в обеспечении ее устойчивости принадлежит жестким формованным деталям: задникам, подноскам, стелькам и др. Они защищают стопу от внешних силовых воздействий за счет упругости и жесткости применяемых материалов, а также придают эстетичный вид изделию. Общность выполняемых функций и способа обработки этих деталей, а также используемая группа материалов позволяют рассматривать их отдельно от других элементов конструкции обуви.
В специальной литературе используются; различные формулировки для характеристики жестких формованных деталей. В обуви относительно ее наружных и внутренних деталей подносок и задник располагаются как промежуточные детали верха [45-47], дополнительно усиливающие межподкладку. Объединяя их с основными стельками из-за схожести технологии обработки данных деталей, вырубаемых из жестких материалов и формуемых в пресс-формах, некоторые авторы [48] обозначают указанную группу как детали низа, либо как формованные детали низа обуви [49].
На наш взгляд, для обозначения рассматриваемых деталей можно использовать термин "каркасные", так как их назначением является обеспечение каркасности обуви [50].
Форма каркасных деталей, также как и форма затяжной колодки, должна учитывать особенности строения и работы стопы. Специфические особенности каркасных деталей (жесткость используемых материалов, ответственность укрепляемых участков обуви), а также выполняемые ими функции предъявляют повышенные требования к точности их проектирования и изготовления.
Следует учесть, что форма поверхностей каркасных деталей и соответствующих участков колодки несколько отличаются друг от друга. Так, форма и размеры верхнего участка жесткого задника задаются так, чтобы при его вставке в заготовку он плотно охватывал пяточную часть колодки. Плотность прилегания основной стельки к следу колодки достигается увеличением стрел прогиба на 3-4мм по сравнению с соответствующими участками следа колодки, что обеспечивает четкую фиксацию ребра следа и качественную затяжку заготовки на колодке [51].
На сегодняшний день при изготовлении каркасных деталей используется большое разнообразие материалов, что обуславливает особенности технологии их формования и различие требований к конструкции и геометрическим характеристикам формующей оснастки.
Материалы, используемые в настоящее время для каркасных деталей,. по своей природе разделяются на 3 основные группы: натуральные (кожа), искусственные (кожкартон) и синтетические (термопласты и термореактопласты). Жесткие натуральные кожи, традиционно использовавшиеся для большинства каркасных деталей, в 60-е годы практически были вытеснены обувными картонами и термопластичными материалами, что объясняется их лучшей технологичностью и сравнительно низкой стоимостью при требуемом комплексе физико-механических свойств.
Использование жестких задников и подносков из гранитоля и мофорина не требует наличия специальной формующей оснастки [52]. Однако, из-за применения, растворителей ухудшаются условия труда, а длительность сушки увеличивает производственный цикл. Этого недостатка лишены термопластичные материалы на тканой или нетканой основе с пропиткой латексом, детали из которых принимают требуемую форму в процессе горячего формования, но для них характерны невысокие показатели гигиенических свойств, таких как влаго- и паропронициаемость.
Поэтому, несмотря на; активную разработку новых синтетических материалов, наиболее распространенными в обувном производстве продолжают оставаться формованные кожкартонные детали. Их использование значительно облегчает сборку обуви на конвейере и снижает вероятность появления дефектов при затяжке обуви на колодке. Они закрепляют форму верхнего канта и надежно фиксируют пятку
Разработка математической модели учета деформационных свойств материалов для каркасных деталей при проектировании формующей оснастки
Геометрическое проектирование - это определение геометрических свойств проектируемых объектов и отображение этих свойств в графическом виде средствами машинной графики. Основу геометрического проектирования с использованием; ЭВМ составляют разработанные в настоящее время математические модели геометрических объектов, алгоритмы геометрических построений и- численные методы решения математических задач. В технике встречается большое разнообразие поверхностей и способов их образования. Поверхность обувной колодки относится к классу сложных нелинейчатых поверхностей и не может быть задана простыми математическими зависимостями [21].
В настоящее время в процессе геометрического моделирования объектов сложной формы используются два подхода. Первый - связан с методами точного аналитического описания кривых и поверхностей, ограничивающих тело, второй - с применением; приближенных методов интерполяции и аппроксимации.
Поверхности, как объекты инженерного исследования могут быть заданы различными способами, в зависимости от их геометрических параметров и характера решаемой задачи. Существуют три способа задания поверхности: аналитический, кинематический и каркасный.
Поверхности, задаваемые аналитически, представляют собой геометрическое место точек или линий, координаты которых удовлетворяют уравнению в общем виде F(x, у, z) = 0, в явном виде Z= f (х, у), в функциях независимых переменных X=fi(u,.v),.Y= f2(u, v), Z= f$(u, v) или X= fj(t), Y= fi(t), Z= f(t). Аналитический способ обеспечивает описание отдельных геометрических участков поверхности, таких как носочная часть колодки, и
находит применение на практике при изучении процессов формования материалов [72].
При кинематическом способе задания поверхность колодки рассматривается как совокупности последовательных положений сечений, перемещающихся в пространстве по определенному закону. В этом случае меняющее свою форму в ходе перемещения сечение является образующей, а пространственная кривая, задающая закон перемещения образующей, - направляющей. Однако при;. описании поверхности колодки образующие и направляющие постоянно меняются, что вызывает значительные трудности при использовании кинематического способа для геометрического проектирования
Те поверхности, которые не описываются математически, представляют каркасом. Каркасная поверхность задается каркасными линиями, проходящими через узловые точки., Как правило, эти точки принадлежат сечениям, образованным несколькими секущими плоскостями. Поверхность колодки с достаточной степенью точности может быть задана дискретным каркасом,, образованным продольно-осевым и поперечно-вертикальными сечениями, а также контурами следа и установочной площадки.. Каркас поверхности колодки также может быть образован точками, принадлежащими горизонтальным сечениям. Способ задания поверхности колодки каркасом; сечений является на сегодняшний день наиболее распространенным. Недостатком способа является неопределенность участков поверхности между сечениями
Получить непрерывное описание поверхности, заданной каркасом параметрических кривых, позволяет использование математического аппарата сплайн-интерполяции. Если рассмотреть поверхность колодки с точки зрения плавности изменения кривизны, то на ней можно выделить боковую поверхность, поверхность следа и грань установочной площадки, каждую из которых можно задать каркасом, состоящим из двух семейств параметрических кривых U и V. Граничные кривые участков поверхностей, такие как контур следа колодки, могут быть представлены как параметрические гладкие кривые.
Данное представление позволяет рассматривать поверхность как составную, каждый из участков («порций») которой ограничен5 двумя параметрическими U-кривыми и двумя параметрическими V-кривыми. Информацией, определяющей форму участка поверхности, являются координаты четырех узловых точек пересечения граничных кривых и, определяемые в ходе интерполяции значения частных и перекрестных производных в этих точках. Необходимая гладкость поверхности достигается за счет обеспечения непрерывности кривизны в местах сопряжения соседних сегментов.
В процессе геометрического моделирования поверхности обувной колодки одной из важных задач является получение аналитического описания контуров сечений, поскольку они представляют собой сложные лекальные кривые, которые не всегда удается описать аналитическими зависимостями.
При решении данной задачи используются различные методы аппроксимации. При аппроксимации контура, заданного множеством точек [73], задача сводится к выбору одной или нескольких аппроксимирующих (подходящих для приближения) функций F(x,A), задающих кривую, проходящую на минимальном удалении от заданных точек исходного контура, положение которых можно считать заданным функцией f(x). Здесь A=(ai,а2,3з,...,3п) — обозначение векторов параметров, которые должны быть определены из условия обеспечения минимальной удалённости аппроксимирующей кривой от заданного контура. Функция F(x,A ) считается наилучшей аппроксимацией f(x) при данной весовой функции W(x), если при любомА: [ffx F(x,A )]/W(x) [ffx F(x,A)]/W(x) .
Расчет кривых и поверхностей, производных от внутреннего контура подошвы
Основой для проектирования различных элементов технологической; оснастки служит поверхность колодки, поэтому смена ассортимента обуви влечет за собой не только разработку нового фасона колодки, но и замену оснастки, к числу которой относятся пресс-формы для изготовления каркасных: деталей: жестких задников,, стелек. Однако до сих пор проектирование и изготовление пресс-форм для формования каркасных деталей1 выполняется преимущественно ручными методами, требующими значительных затрат времени и средств. Из-за несовершенства методов технологической подготовки и отсутствия информационного обеспечения при проектировании каркасных деталей значительная часть операций дублируется. При изготовлении рабочих поверхностей пресс-форм применяются устаревшие методы (литье по выплавляемым моделям и др.), в конечном итоге приводящие к различию форм получаемой и проектируемой поверхностей оснастки.
Используемые эмпирические методы учета величины остаточной деформации применяемых материалов не позволяют получить требуемую форму каркасной детали, что приводит к несоответствию ее колодке, а в последующем - стопе потребителя.
Неудовлетворительное качество деталей приводит к появлению таких характерных дефектов в обуви, как сквозной износ пяточной части подкладки, достигающий, по имеющимся данным, до 28% в мужской обуви с задниками из картона марки 3-2, а также к "стаптыванию" пяточной части (13% в партии детской зимней обуви)., Подобные дефекты ведут к выходу обуви из строя. Кроме того, отмечается так называемое "раскрыливание" задников, составляющее по результатам опытной носки обуви 12,7% от испытуемой партию (для задников из картона марки; 3-1 и-16,9 %.- для, формованных задников из картона марки 3-2) [46].
Перечисленные недостатки являются прямым следствием нерациональной формы деталей, ее несоответствием поверхности колодки, отсутствием в детали четкого ребра следа. Причинами нерациональности формы являются несоблюдение технологии изготовления, плохое качество материалов, и низкий уровень выполнения конструкторско-технологической подготовки.
Решение задачи проектирования и изготовления пресс-форм для формования каркасных деталей возможно на основе учета влияния доли упругой деформации материала после формования, поскольку только при соблюдении: этого условия возможно обеспечение требуемой формы готового изделия.
При формовании каркасных деталей в материале возникает напряженно-деформированное состояние, включающее в себя различные виды деформаций. Так, формование жестких задников характеризуется деформациями сжатия с элементами изгиба [62].
К сожалению, существующие на сегодняшний день методы испытаний картона и оценки его физико-механических показателей при одноосном растяжении и изгибе на двух опорах [55,112,196] не позволяют учесть величину деформации, возникающей в ходе пространственного формования, поэтому, не могут быть использованы для оценки остаточной деформации.
Наиболее отвечающей задаче оценки деформационных свойств картонов представляется методика, разработанная коллективом авторов под руководством профессора В Л. Раяцкаса [113], позволяющая не только получать значения формоустойчивости для жестких обувных материалов, но и определять степень влияния на нее технологических факторов формования и геометрических параметров пресс-форм.
По данной методике для испытаний используются: пресс-формы с цилиндрическими (для образцов прямоугольной формы) и сферическими (для образцов круглой формы) прессующими поверхностями различной кривизны. Кривизна цилиндрических пуансонов Кцп составляет 4; 6,7; 10; 20; 33,3; 50 м"1 (соответствующие значения радиусов R - 0,25; 0,15; ОД; 0,05; 0,03; 0,02 м), а кривизна пуансонов со сферической поверхностью Ксп составляет 6,7; 10; 20; 40 м"1.
Эксперимент может проводиться на гидравлическом прессе типа ПГТП-45-0 или любом другом с усилием формования Р=10 ч-100 кН, температурой рабочих поверхностей Т = 10 -г- 100С и временем формования t = 2-5-60 с. Схема: формующей оснастки представлена на рис. 36а. Для контроля температуры прессующих поверхностей используется термопара с измерительным датчиком.
Образцы материалов представляют собой прямоугольник с размерами 100x50 мм или круг диаметром 60 мм. После проведения испытаний при выбранных технологических режимах, измеряются основные размеры отформованного образца - прогиб h и полуширина L отформованной детали, мм (рис.366).
