Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОБУВИ. 13
1.1. Методы физико-механических испытаний материалов для обуви с формованной подошвой. 16
1.2. Существующие технические средства оценки усталостных свойств материалов для низа обуви. 27
1.3. Свойства обуви, обусловленные функцией стопы. 33
1.4. Роль динамических испытаний низа в оценке свойств обуви. 40
1. 5. Свойства подошв и структура основных видов ее износа. 42
1.6. Исследование разрушения полимерных деталей низа обуви в условиях, характерных для их эксплуатации. 56
1.6.1. Особенности процесса разрушения полимерных материалов деталей низа обуви. 59
1.6. 2. Разрушение материала подошв под влиянием внешних агрессивных воздействий. 62
1.6. 3. Старение и динамическая усталость полимерных подошвенных материалов. 66
Выводы 74
Глава 2. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА ПЮЕКТИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ НИЗА ОБУВИ РАНТОВОГО МЕТОДА КРЕПЛЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ОБРАЗЦОВ ОБУВИ. 77
2.1. Совершенствование конструкции и технологии изготовления рантовой стельки для обуви специального назначения. 77
2.2.Разработка и исследование метода автоматизированного проектирования деталей низа обуви рантового метода крепления. 85
2. 2. 1. Метод геометрического представления следа затянутой обуви и расчет размеров подошв для обуви рантового метода крепления. 86
2. 2. 2. Метод математического моделирования вырубных подошв рантового метода крепления. 94
2. 3. Исследование свойств обуви рантового метода крепления. 98
2.3.1. Конструкция прибора для исследования свойств обуви рантового метода крепления. 98
2.3.2. Совершенствование формы и размеров узла прибора для динамических испытаний образцов обуви с учетом антропометрических данных. 105
2.4. Исследование свойств деталей низа обуви рантового метода крепления. 123
2. 5. Практические рекомендации повышения эксплуатационных свойств исследуемых образцов обуви. 134
Выводы 140
Глава3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ДЕТАЛЕЙ НИЗА ОБУВИ КЛЕЕПРОШИВНОГО МЕТОДА КРЕПЛЕНИЯ. 142
3.1. Обоснование метода сегментации внутренней поверхности подошвы. 142
3.2. Формообразование каркаса и структура математической модели внутренней поверхности подошвы обуви клеепрошивного метода крепления низа. 145
3.3. Метод компьютерного проектирования низа обуви в статике и при изгибе. 149
3. 4. Разработка метода исследования свойств обуви клеепрошивного метода крепления низа. 169
3.4. 1. Совершенствование технического устройства для определения сопротивляемости низа обуви многократному изгибу с использованием математической модели подошвы клеепрошивного метода крепления низа. 170
3. 4. 2. Анализ конструкции низа обуви по степени сопротивляемости многократному изгибу. 172
3. 5. Определение долговечности формованных подошв с учетом изменяющейся температуры окружающей среды. 177
Выводы 195
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 197
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 200
ПРИЛОЖЕНИЯ 211
- Методы физико-механических испытаний материалов для обуви с формованной подошвой.
- Совершенствование конструкции и технологии изготовления рантовой стельки для обуви специального назначения.
- Обоснование метода сегментации внутренней поверхности подошвы.
Введение к работе
В современных условиях производства методы автоматизации проектирования и технологической подготовки производства превращаются в систему взаимосвязанных конструкторских, технологических и расчетных решений, обеспечивающих повышение эффективности новых разрабатываемых технологий, снижение себестоимости и сокращение сроков проектирования, а методы испытаний образцов обуви и ее деталей решают задачу возможности и целесообразности применения новых материалов, технологий, конструктивных решений и т. п. Имитация эксплуатации деталей обуви с использованием новых технических средств в определенном режиме позволит исключить применение опытной носки для оценки эксплуатационных свойств деталей обуви различного ассортимента и назначения.
При компьютерном проектировании деталей низа обуви и оснастки до сих пор применяют рутинные операции на стадии подготовки исходных данных, что не обеспечивает качество проектирования изделий, не всегда обеспечивает выполнение требований к эксплуатационным свойствам низа обуви и других деталей. Поэ тому необходимо проведение работ по совершенствованию как поисковых научных исследований, где исследование геометрии формообразования объекта и создание алгоритма автоматизированного проектирования обеспечит быстрое прототипирование деталей обуви и узлов, так и совершенствование существующих методов и современных технических средств и приборов, позволяющих оценивать эксплуатационные свойства изделия, прогнозировать поведение деталей обуви в процессе эксплуатации, минуя стадию их изготовления.
Создание средств автоматизации проектирования и производства -это далеко не все. Актуальной по прежнему является проблема управления качеством продукции, где сроки эксплуатации отдельных деталей влияют на общую оценку эксплуатационных свойств обуви исследуемого ассортимента.
В условиях самофинансирования обувного производства необходимо совершенствование методологии и практики оценки уровня качества изделий из кожи при планировании, разработке ассортимента, V подготовке новой продукции к постановке на производство. Оценка качества продукции только с точки зрения потребителя (например, с помощью широко проводимых опросов, анкетирования покупателей) не всегда на финише гарантирует получение объективной оценки об изделии с учетом эксплуатационных свойств, не дает возможности принятия новых конструкторско-технических решений, применения новых <Ф материалов и др.
На современном этапе развития промышленности недостаточно контролировать изготовление деталей, полуфабрикатов и изделий, устранять возникающие в производстве дефекты и фиксировать качество готовой продукции. Необходимо прогнозировать качество изделий и управлять им, то есть влиять на повышение качества в заданных размерах и в определенные заданные сроки, а для этого необходимо надежно оценивать качество, измерять его на различных стадиях жизненного цикла изделия: от технического задания до массового производства.
По прежнему сохраняется направление определения комплексного показателя качества обуви и обувных материалов, руководствуясь данными лабораторных испытаний; стендовых испытаний в условиях, близких к реальным эксплуатационным с участием и без участия ' человека; опытной носки; взаимосвязью лабораторных показателей с технологическими и эксплуатационными.
Следует отметить, что испытания в опытной носке требуют больших подготовительных операций, характеризуются продолжительностью и дороговизной, не позволяют полностью исключить субъективный фактор, оказывающий влияние на получаемые результаты эксплуатации как изделия так и отдельных его деталей. Альтернативой является поиск новых решений для оценки свойств обуви различного ассортимента, совершенствование существующих технических средств, позволяющих производить разведочные испытания деталей и обуви.
Таким образом, одной из важнейших задач общей проблемы комплексной оценки качества обуви и ее формованных деталей является разработка новых приборов и инструментальных методов испытаний, позволяющих моделировать условия ходьбы и максимально отражать эксплуатационные свойства как изделия в целом, так подошв и узлов, давать объективную оценку их качества и прогнозировать их поведение в процессе эксплуатации обуви.
Цели и задачи исследований. Главной целью диссертационной работы является разработка и совершенствование методов проектирования деталей низа обуви механических и комбинированных методов крепления, исследование и совершенствование технических средств определения эксплуатационных свойств деталей низа обуви, исследование эксплуатационных свойств низа обуви различных методов крепления, установление срока службы деталей и элементов обуви опытным путем.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи.
Провести обзор и анализ современных методов и технических средств оценки качества обуви с целью совершенствования методов проектирования технических средств контроля эксплуатационных свойств обуви.
Исследовать основных виды износа, методы испытаний деталей обуви различных методов крепления низа, их свойства и структуру.
Разработать метод геометрического представления следа затянутой обуви и алгоритм автоматизированного расчета исходных параметров математической модели подошв обуви рантового метода крепления.
Разработать математическую модель вырубных подошв обуви рантового метода крепления и спроектировать контур низа с помощью ЭВМ.
Исследовать антропометрические данные стоп с целью совершенствования узла прибора для изучения эксплуатационных свойств подошв.
6. Разработать практические рекомендации повышения эксплуатационных свойств обуви рантового метода крепления с учетом внедрения на производстве новой конструкции стельки.
Обосновать способ формообразования каркаса низа обуви и структуру математической модели внутренней поверхности подошвы клеепрошивного метода крепления.
Применить математический аппарат Фергюсона для описания поверхности сопряжения низа обуви в статике и при изгибе.
Определить зону сопряжения узла прибора и низа при изгибе и описать конгруэнтную поверхность аналитической функцией подобно подошве.
Усовершенствовать техническое устройство для динамических испытаний низа и установить их роль в оценке свойств обуви.
Оценить различные конструкции низа обуви по степени сопротивляемости многократному изгибу с целью определения их эксплуатационных свойств.
12. Исследовать долговечность формованного низа обуви с учетом функции движения при изменяющемся температурном режиме.
Методы исследований. Для решения поставленных в работе задач применялась комплексная методика исследований, включающая автоматизированное проектирование деталей обуви, совершенствование технических средств для исследования низа обуви в динамических условиях и объединяющая методы теоретического анализа и результаты выполненных экспериментов с целью прогнозирования эксплуатационных свойств обуви и ее деталей. Экспериментальные данные по определению сроков эксплуатации получены с помощью разработанного технического устройства для исследования сопротивляемости подошв многократному изгибу с имитацией условий эксплуатации низа при различных температурных режимах.
Научная новизна работы.
1. Разработан аналитический метод определения параметров автоматизированного проектирования деталей низа обуви рантового метода крепления с использованием формализованной поверхности колодки. ^ * 2. Разработан алгоритм автоматизированного проектирования подошв обуви рантового метода крепления с использованием ЭВМ.
Разработан метод математического описания внутренней поверхности подошвы бикубическими полиномами в форме Фергюсона.
Разработано программное обеспечение, моделирующее внутреннюю поверхность подошвы при изгибе с целью аналитического (ф описания конгруэнтной поверхности узла прибора для исследования эксплуатационных свойств деталей низа обуви.
5. Разработано техническое устройство, моделирующее реальные условия эксплуатации низа обуви при эксперименте.
6. Разработан метод оценки срока службы подошвы с использованием предложенного прибора и исследована долговечность Л формованного низа обуви при различных температурных режимах.
Практическая значимость работы.
С внедрением разработанных в работе методов проектирования и технических средств моделирующих условия эксплуатации низа обуви рантового и клеепрошивного методов крепления совершенствуется конструкторско-технологическая подготовка производства, исключающая рутинный труд подготовки исходных данных для автоматизированного проектирования подошв, снижается их трудоемкость, обеспечивается экономико-социальный эффект.
Разработанная математическая модель формованного низа, где поверхность описывалась бикубическими элементами Фергюсона, создает условия применения оборудования с числовым программным управлением, применение технологий быстрого прототипирования для изготовления оснастки.
Внедрение методов оценки эксплуатационных свойств низа различных методов крепления создает условия для производства обуви с использованием наиболее рациональных конструкций подошв, что улучшает качество изделия, снижает рекламации торговых организаций. ЩГ Новое техническое средство для исследования свойств низа обуви при имитации условий ее эксплуатации позволило установить различные сроки службы подошв обуви рантового и клеепрошивного методов крепления низа и выявило устойчивые к многократному изгибу подошвы до запуска их в производство.
Разработан метод прогнозирования срока эксплуатации подошв, уф различных по химическому составу и с различными конструктивными характеристиками. Выработаны практические рекомендации для предприятий о возможности применения исследуемого ассортимента изделий, что позволяет повысить качество продукции на стадии подготовки производства.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доложены на секции конструирования изделий из кожи кафедры технологии и конструирования изделий из кожи СПбГУТД, на научно-технических конференциях "Дни науки - 96", "Дни науки - 97", "Дни науки - 98", "Дни науки - 99", "Дни науки - 2000" /СПбГУТД/, в 1996 г. на научно-технической конференции "Совершенствование конструкции и технологии изделий из кожи" (Витебск), в 1997 г. на международной
Научно-технической конференции "Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве" (г. Иваново), в 1998 на межвузовской научно-технической конференции РосЗИТЛП (г. Москва).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 15 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов по главам и работе в целом, списка использованных источников. Работа изложена на 290 страницах машинописного текста, содержит 10 таблиц, 42 рисунка, библиографию из 118 наименований, приложения на 79 страницах.
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели ^ и задачи исследований, отражены научная новизна и практическая значимость работы.
В первой главе рассмотрены основные требования, предъявляемые к вопросам качества обуви, проведен анализ способов и приборов, применяемых для определения различных свойств материалов. Исследованы свойства подошв и структура основных видов ее износа. ij0 Установлено, что разработка новых приборов и инструментальных методов испытаний, позволяющих моделировать условия ходьбы и объективно отражать эксплуатационные свойства как изделия в целом, так подошв и узлов, является одной из важнейших задач общей проблемы комплексной оценки качества обуви и ее формованных деталей.
Рассмотрены особенности процесса разрушения деталей низа обуви из полимерных материалов. Исследовано влияние внешних агрессивных воздействий на прочность полимерных материалов и выявлены пути для решения вопроса сопротивляемости полимерных материалов деталей низа обуви разрушению.
Во второй главе разработана аналитическая модель и алгоритм проектирования деталей низа обуви рантового метода крепления. Выполнено компьютерное моделирование подошвы обуви рантового метода крепления с использованием стельки новой конструкции. Исследованы эксплуатационные свойства образцов низа обуви рантового метода крепления в динамических условиях, выявлены недостатки конструкций деталей низа, применяемых на предприятии. Разработаны мероприятия по исключению дефектообразования, улучшению прочности крепления деталей.
В третьей главе обоснован способ сегментации низа, определены форма и размеры каркаса внутренней поверхности подошвы обуви клеепрошивного метода крепления, разработана структура математической модели внутренней поверхности подошвы с использованием бикубических поверхностей Ферпосона. Выполнено компьютерное проектирование низа в статике и динамике с имитацией изгиба подошвы. Решена задача по совершенствованию технического устройства для определению сопротивляемости формованных подошв многократному изгибу. Рассмотрена возможность прогнозирования сроков службы подошв без проведения опытной носки.
Методы физико-механических испытаний материалов для обуви с формованной подошвой
Качество обувных деталей и их материалов во многом зависит от механических свойств последних и в первую очередь от их прочности и деформируемости. Известно [6], что под прочностью принято понимать способность материалов противостоять разрушению под действием приложенных нагрузок. Прочность оценивают количественно по величине напряжения, при котором происходит разрушение образца материала, представляющего отношение разрушающей нагрузки к площади поперечного сечения образца. Величины деформации (ф. определяют в момент разрушения образца или в определенные моменты нагружения. Прочность и деформируемость могут быть определены при различных видах деформаций: при одно- или двухосном растяжении, при сжатии, изгибе и др. Однако при значительном разнообразии известных в настоящее время видов испытаний механических свойств для оценки деформационно-прочностных свойств образцов, используемых в легкой, текстильной и многих других отраслях промышленности, испытание на одноосное растяжение получило наиболее широкое применение.
Испытания на одноосное растяжение проводят на разрывных машинах разнообразных конструкций, действие которых основано на сообщении образцу определенной формы и размеров статического растяжения, доведения его до разрушения или до определенной нагрузки и установлении ряда показателей, применяемых при оценке стандартности материалов [7]. Однако, подобные исследования не решают задачи по определению прочностных характеристик низа обуви при работе на изгиб.
Приборы и методы испытаний образцов из обувных материалов на двухосное растяжение можно разделить на две группы. Первую из них составляют приборы и методы, в которых образцы деформируются неоднородно, вторую - приборы и методы, обеспечивающие однородную деформацию образца.
Методы обеспечивающие неоднородную деформацию основан на сообщении образцу поочередного растяжения в двух взаимно перпендикулярных направлениях в одной плоскости, методы обеспечивающие однородную деформацию образца позволяют создавать при растяжении достаточно большую зону однородной деформации образца в одной плоскости. Для растяжения применяют разрывные машины со специальными приспособлениями. Наибольшее распространение эти приборы получили при исследовании формуемости, формоустойчивости, жесткости и упругости обувных материалов для деталей верха обуви [8, 9].
Совершенствование конструкции и технологии изготовления рантовой стельки для обуви специального назначения
К основным характеристикам обуви рантового метода крепления можно отнести наличие ранта, выполняющего роль несущего звена, соединяющего верх и низ в единый узел. При рантовом способе крепления низа стелька имеет особую конструкцию, заключающуюся в наличии выступа по всему периметру стельки или до пяточной части, к которому пришивается верх обуви и рант. Основная или затяжная стелька, служащая основанием к которому прикрепляется заготовка, рант и подошва, должна хорошо сопротивляться многократному изгибу, надежно удерживать скрепляющие материалы, обладать достаточной гигроскопичностью [63]. К требованиям, предъявляемым к губе можно отнести прочность при проколе иглой, сопротивление отрыву, повышенная стойкость к деформациям, необходимая при вшивании.
В настоящее время основными заказчиками рантовой обуви являются военные и другие государственные организации. Изготовление рантовой обуви для гражданского населения закончилось с появлением и широким распространением клеевых методов крепления. Другая причина непопулярности рантовой обуви для производителя - это ее сложность, трудоемкость, повышенный расход подошвенных и стелечных материалов. В современных условиях производства это имеет очень большое значение и не может не учитываться. Однако, показатели надежности, прочности и удобства рантовой обуви высоки. Существует ряд преимуществ рантоклеевой обуви перед обувью других методов крепления: высокие теплозащитные и ремонтные свойства низа, красивый внешний вид, гибкость, возможность сочетания рантового крепления с другими видами крепления низа, а так же пригодность для различных условий носки [64]; высокие гигиенические свойства, обеспечивающиеся использованием натуральных материалов, в частности затяжная стелька, выполненная из натуральной кожи в отличие от распространенной картонной стельки в клеевом методе крепления. Следовательно, возникает необходимость разработки новой ресурсосберегающей технологии, направленной на удешевление процесса производства рантово-клеевой обуви, учитывающей стоимость затрачиваемых материалов, энергоносителей, трудовых и людских ресурсов. В работе рассматриваются путь, направленный на ресурсосбережение в производстве рантоклеевой обуви: это упрощение процесса изготовления стельки с губой и операций затяжки и удешевление затрат на материалы для ее изготовления.
Обоснование метода сегментации внутренней поверхности подошвы
Основой компьютерного проектирования любой поверхности следа обуви является каркасная геометрическая модель, представляющая собой конечное множество линий, принадлежащих поверхности моделируемого объекта. Математическое моделирование внутренней поверхности подошвы основано на разработке рациональной схемы сегментации ее поверхности элементарными участками [91]. Метод сегментации поверхности колодки, разработанный на кафедре технологии и конструирования изделий из кожи СПбГУТД можно считать техническим решением для сегментации внутренней поверхности подошвы. При этом ее ориентация в осях координат осуществляется следующим образом: длиннотной осью выбирается ось 0Y, широтной - ОХ и высотной - 0Z (рис. 3. I). Ориентация осей осуществляется с учетом удобства расчета координат опорных точек каркаса поверхности и последующей ее визуализации. Положительное направление оси ОХ соответствует внутренней стороне следа обуви. Наружная сторона поверхности соответствует отрицательному направлению оси. Ось OY выбирается совпадаюшеи с продольной осью следа обуви. Начало координат выбирается так, что крайняя точка следа обуви является наиболее удаленной от начала координат.
При разработке математической модели внутренней поверхности формованной подошвы с боковым обжимом или полупровалом выбирают положение поперечно-вертикальных опорных сечений каркаса поверхности так, что сечение Пятка подошвы располагается в том же месте, где и одноимённое сечение колодки, когда низ рассматривается в прикреплённом виде, то есть там, где заканчивается горизонтальный участок горизонтальной площадки. Сечение Геленок подошвы в прикреплённом виде соответствует точке окончания технологической площадки и начала гребня колодки. Сечение Пучки подошвы выбирается так, что оно соответствует точке касания профиля следа колодки в поперечно-осевом сечении при опоре. Эта точка, например, является ориентиром для нахождения положения базового поперечного обвода аналитической модели поверхности сопряжения низа. Сечение подошвы, попадающее в пальцевую зону, соответствует одноимённому сечению Носок на колодке и располагается как можно ближе к сечению Пучки, так как форма носочного сечения влияет на всю носочную зону подошв, проектируемых с боковым обжимом.
Местоположение поперечно-вертикальных сегментов каркаса внутренней поверхности подошвы определяется свойствами кубического полинома, когда описываемая этой функцией элементарная кривая содержит не более одной точки изменения знака кривизны. Таким образом, показан универсальный подход к проектированию низа обуви на ПЭВМ, что согласуется с компьютерным проектированием поверхности колодки при её каркасном задании [92].
Похожие диссертации на Разработка и совершенствование методов проектирования деталей низа обуви и исследование их свойств
