Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Общие сведения о плетеной обуви и видах переплетений 9
1.1 Реликтовые виды обуви 9
1.2 Обзор современного рынка плетеной обуви 17
1.3 Общие сведения о видах переплетений 23
1.4 Ткацкие переплетения в оболочках, состоящих из трех систем основных и дополнительных полос 29
1.5 Теоретическое описание фаз строения полотна для формирования заготовки методом плетения 35
Выводы по первой главе 38
Глава II. Разработка технологии изготовления бесшовных заготовок 39
2.1 Разработка экспериментальных плетеных образцов различных структур из различных материалов 39
2.2 Разработка технологии изготовления бесшовных заготовок ручного метода плетения 46
2.3 Разработка технологии изготовления бесшовных заготовок машинным способом 83
2.3.1 Обоснование выбора и описание машины 83
2.3.2 Технология машинного изготовления заготовок верха методом плетения 85
Выводы по второй главе 91
Глава III. Исследование деформационных свойств заготовок плетеной обуви 92
3.1 Теоретические основы моделирования свойств объекта методом релаксационной спектрометрии 92
3.2 Экспериментальное определение деформационных показателей свойств плетеных заготовок 100
Выводы по третьей главе 109
Общие выводы по работе 110
Приложение 112
- Обзор современного рынка плетеной обуви
- Разработка технологии изготовления бесшовных заготовок ручного метода плетения
- Технология машинного изготовления заготовок верха методом плетения
- Экспериментальное определение деформационных показателей свойств плетеных заготовок
Введение к работе
Актуальность работы. Технология изготовления обуви плетением является актуальным вопросом, так как производство бесшовных изделий обеспечивает значительное снижение материалоемкости за счет исключения ряда швов и припусков к ним, материальных затрат на операциях подготовительно-раскройного и сборочного производств. Высока эффективность и перспективность применения плетеной оболочки для изготовления специальной обуви, в том числе медицинского назначения, где наличие лишних швов значительно ухудшает её эксплуатационные свойства. Возможность же полного повторения заготовкой оплетаемой поверхности допускает их широкое применение.
Проектирование бесшовных плетеных заготовок верха является новым направлением в производстве обуви, не имеющем мировых аналогов. Диссертационная работа посвящена поиску оригинальных решений плетеной обуви на основе разработки переплетений, пригодных к использованию в производстве, модификаций простых ткацких переплетений, разработки рекомендаций по внедрению в производство машинной и ручной технологий плетения обуви. В работе описаны характеристики, определяющие строение плетеной оболочки, виды переплетений и порядок взаимного перекрытия лент (полос) в системе, дана характеристика фаз строения плетеного полотна, предложен метод определения длины и уработки полос застила.
Актуальность разработки конструкций плетеной обуви обусловлена противоречивостью требований к современной обуви в целом, компромиссное решение которых в рамках действующих типовых технологий является весьма проблематичным. Изготовление обуви методом плетения позволяет вводить в систему дополнительные элементы и таким образом регулировать свойства изделий по зонам, что создает условия для разработки конструкций с заранее заданными показателями.
Цели и задачи исследования
Целью настоящей работы является разработка технологий изготовления заготовок верха обуви методом плетения.
Для достижения поставленной цели в работе:
- проведен обзор конструкций плетеной обуви и обобщены сведения о технологиях их изготовления;
- предложено теоретическое описание фаз строения плетеного полотна;
- разработан набор переплетений с различным раппортом;
- предложены зависимости для определения длины и уработки лент застила плетеного полотна;
- предложена методика модификации переплетений с учетом кривизны поверхности колодки при изготовлении наружных деталей заготовок верха обуви;
- разработана ручная и машинная технологии изготовления наружных деталей бесшовной плетеной обуви;
- даны рекомендации по выбору оборудования и технологии наладки для изготовления заготовок плетеной обуви машинным способом;
- определены деформационные характеристики заготовок многоаксиальных переплетений, изготовленных ручным и машинным способами.
Методы исследования
Основой исследования служит системный подход к разработке технологии проектирования заготовок верха обуви с различными свойствами методом плетения. Исследование базируется на комплексном подходе, включающем:
поисковые и описательные исследования конструкций и технологий изготовления плетеной обуви;
систематизацию информации о существующих ткацких переплетениях;
теории конструирования, технологии и материаловедения изделий из кожи;
- метод реологической спектроскопии для комплексной оценки деформационный свойств обуви.
Научная новизна диссертации заключается в разработке:
- методики преобразования двуаксиальных структур для изготовления бесшовных заготовок верха обуви;
- теоретического описания фаз строения плетеного полотна;
- зависимостей для определения длины и уработки лент застила плетеного полотна;
- методики модификации переплетений для изготовления наружных деталей заготовок верха обуви с устойчивой к внешней деформации структурой;
- технологии изготовления бесшовных заготовок, исключающей операции сборки наружных деталей верха, пригодной для изготовления обуви широкого ассортимента.
Практическую значимость работы представляют:
- ручная и машинная технологии изготовления наружных деталей бесшовной плетеной обуви;
- способы модификации двухаксиальных переплетений во многоаксиальные;
- деформационные характеристики заготовок многоаксиальных переплетений, изготовленных ручным и машинным способами;
- экспериментальные образцы женских туфель, наружные детали которых сплетены ручным и машинным способами.
Апробация и реализация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на заседаниях кафедры художественного моделирования, конструирования и технологии изделий из кожи Московского государственного университета дизайна и технологии. Некоторые результаты используются в учебном процессе кафедры художественного моделирования, конструирования и технологии изделий - из кожи МГУДТ в виде учебного пособия: «Создание плетеных изделий», изданного под грифом УМОЛегпром. Отдельные результаты работы докладывались на 60ой научной студенческой конференции «Молодые ученые-21 веку» (Москва 2008), III - ем Международном фестивале науки (Москва 2008), отмечены свидетельством о результативном участии в создании научно - технического проекта «Проектирование бесшовных заготовок верха обуви» и его успешной демонстрации на выставке НТТМ- 2009, дипломом II степени «IX Всероссийской выставки научно технического творчества молодежи» в 2009г. По научному направлению МГУДТ «Фундаментальные и прикладные исследования в производствах изделий из кож» в 2009 году в рамках гранта выполнены исследования на тему «Разработка методов проектирования конструкций бесшовных заготовок верха обуви». В 2011 году работа на тему: «Разработка конструкций бесшовных заготовок изделий различного назначения» удостоена грамоты Всероссийского конкурса научно- исследовательских работ студентов и аспирантов в области технических наук в Рамках Всероссийского фестиваля наук. По аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)» и программе «Михаил Ломоносов II» проект «Разработка конструкций бесшовных заготовок изделий различного назначения» выполнялся в Германии на базе университета Niederrein. От университета Niederrhein и ЗАО МОФ «Парижская коммуна» получены рекомендации по использованию разработанной технологии в производстве обуви как бытовой, так и специальной в том числе медицинской. Промежуточные и итоговые результаты по проекту докладывались на семинарах стипендиатов в Москве, Бонне и ученом совете МГУДТ. Работа выполнялась в рамках госбюджетной НИР кафедры художественного моделирования, конструирования и технологии изделий из кожи МГУДТ «Фундаментальные и прикладные исследования в производствах изделий из кожи» (2009-2013гг.).
Публикации
Основные положения проведенных исследований и их результаты опубликованы в 7 научных статьях, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, 3-х глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 140 страницах машинного текста, содержит 111 рисунков, 10 таблиц и приложений на 20 страницах. Список литературы включает 100 источников.
Обзор современного рынка плетеной обуви
На сегодняшний день в обувной промышленности существует огромное разнообразие конструкций с плетеными элементами. Используются плетеные элементы во всех видах мужской, женской обуви их можно классифицировать и разделить на категории по виду обуви, месторасположению, способу изготовления. В женской обуви встречаются следующие конструкции:
а) Туфли летние, открытые с круговой союзкой, которая выполнена с перфорацией. В отверстия перфорированного, материала продеты кожаные или текстильные шнуры, имитирующие переплетение в носочной части заготовки, пяточная часть открытая (рис. 1.3).
б) Туфли женские летние с плетеными элементами, расположенными в различных частях заготовки. Плетеными могут быть носочная или геленочная части заготовок верха обуви, пяточная часть открытая (рис. 1.4)
в) Туфли женские летние, открытые, заготовка которых целиком изготовлена из плетеных деталей. Каблуки, подошвы и платформы так же оплетены (рис. 1.5)
г) Туфли женские открытые кругового плетения, заготовка которых состоит из одной детали (рис. 1.6, 1.7).
д) Сапоги с плетеными элементами. Так на представленном рисунке 1.8 сапоги, с плетеными голенищами. Носочная и пяточная части либо открытые либо из целых деталей.
Мужскую обувь также изготавливают с плетеными элементами и классифицируют по их наличию и виду:
а) конструкции с плетеными вставками в целых кожаных деталях.
б) конструкции, включающие как плетеные, так и целые детали (например: союзка и берцы изготовлены из плетеного полотна, задинка целая). в) конструкции, состоящие целиком из плетеных деталей.
По технологии производства все виды плетеной обуви можно разделить на три основных:
1) Обувь из плетеных и кожаных кроеных элементов. Технология изготовления состоит из таких этапов: изготовление плетеного полотна, раскрой плетеного полотна на детали верха, раскрой натуральных кож на детали верха, сборка верха в заготовку [] (заготовка имеет плетеные, целые детали) обычным методом, применяемым для сборки заготовок из целых деталей, надевание заготовок верха на колодку, формование и т.д.
2) Обувь из плетеных кроеных элементов. Технология изготовления состоит из следующих этапов: изготовление плетеного полотна, раскрой плетеного полотна на детали верха, сборка верха в заготовку (заготовка имеет только плетеные детали) обычным методом, применяемым для сборки заготовок из целых деталей, надевание заготовок веерка на колодку, формование и т.д.
3) Бесшовная плетеная обувь. Способ изготовления такой плетеной обуви кардинально отличается от двух предыдущих. В технологии производства отсутствует этап создания плетеного плоского полотна. Заготовка создается непосредственно на колодке с помощью железного крючка.
В рамках настоящей работы интерес представляет последняя технология производства. В связи с этим ниже представлены общие сведения о видах переплетений.
Разработка технологии изготовления бесшовных заготовок ручного метода плетения
Изготовленные в виде образцов мультиаксиальные переплетения можно реализовать при плетении заготовок верха моделей обуви. Обобщенная технология изготовления плетеной обуви ручным методов состоит из следующих этапов:
1. Подготовка колодки к плетению [55, 52].
2. Формирование плетеной заготовки.
3. Отделочные операции [53].
4. Вставка задника и термопластического подносока [54].
5. Прикрепление деталей низа [54] (и подкладки, в случае необходимости). Рассмотрим подробнее каждый этап.
Все подготовительные операции проводят в соответствии с типовой технологией изготовления верха туфель «Лодочка» [52, 53]. Подготовка колодки обеспечивает правильное расположение элементов плетения в процессе создания заготовки и состоит из следующих операций:
1. Подбор колодок по фасону, размеру и полноте. Колодки должны быть парными, иметь исправные клинья, поверхность следа, металлические пластины, пробки. Всю поверхность колодки, кроме следа, протирают, губкой, смоченной смывочной жидкостью, а затем очищают щеткой и полируют. На колодке не должно быть остатков клея и других загрязнений. Колодка должна иметь гладкую и чистую поверхность [52, 55].
2. Оклеивание внутренней и наружной поверхности колодки липкой бумажной лентой, что необходимо для временной фиксации полос в процесе плетения.
3. Определение положения линии верхнего канта (рис 2.4) [70].
4. Определение положения линии выреза союзки и нанесение на колодку рисунка модели [56, 60]. При нанесении рисунка на колодку руководствоваться направлением моды и эстетическими требованиями [75].
5. Прикрепление стелечного узла к колодке. Стельку лицевой поверхностью накладывают на след колодки так, чтобы её края в носочно-пучковой и пяточно-геленочной частях совпали с ребром следа. Стельку прикрепляют тексами в местах расположения пробок, так чтобы она плотно прилегала к следу колодки [61].
После того, как подготовка колодки завершена, необходимо выбрать вид переплетения, которое будет использоваться в заготовке. Переплетение выбирается исходя из желаемого внешнего вида модели, а так же с учетом направлений возможных деформационных воздействий при эксплуатации.
Унифицированная технология создания бесшовной оболочки дву-, три-и мультиаксиальной структуры на колодке состоит из следующих этапов:
1. Создание сетки косого двуаксиального переплетения.
2. Вплетение третьей системы полос в направлении, соответствующем выбранному образцу для реализации в модели и требованиям надежности.
3. Вплетение четвертой системы полос в направлении соответствующем выбранному образцу для реализации в модели и требованиям надежности.
4. Отделочные операции по линии канта: корректировка плетеной заготовки по линии канта, формирование верхнего канта за счет вплетение дополнительных систем полос для закрепления заготовки по линии верхнего канта и т.п.
5. Формирование затяжной кромки на поверхности стелечного узла.
В результате получаем заготовку, которая полностью подготовлена к прикреплению подошвы и каблука с набойкой. Операции прикрепления деталей низа проводят в соответствии с типовой технологией изготовления обуви клеевого метода крепления [53, 54].
Создание плетеных изделий вручную опишем на примере изготовления в условиях экспериментального производства ЦНИИКП четырех моделей заготовок верха туфель «Лодочка», с различной высотой приподнятости пяточной части и формой носочной. Рассмотрим особенности изготовления каждой модели.
Переплетение в модели туфель «Лодочки» № 1 соответствует образцу четырехаксиального переплетения из сутажных лент № 12 (см. табл.1) (рис. 2.5), выполнялось на колоде с приподнятостью пяточной части 90 мм.
Экспериментальное изготовление плетеных оболочек на колодке показало, что начинать плетение удобнее с пяточной части, так как здесь кривизна поверхности меняется более плавно, что гарантирует минимальную подвижность ещё не закрепленным полосам и равномерность их расположения [34] . Для изготовления заготовки использовалась сутажная лента.
Первый этап плетения заготовки состоял в создании сетки косого двуаксиального переплетения и осуществлялся в следующей последовательности:
1. Отрезают полосу (длиной 160-180 мм) и располагают её на наружной и внутренних поверхностях колодки так, чтобы между лентами образовался угол, равный 60 (рис.2.6,2.7).
2. Вторую полосу сутажной ленты располагают на наружной и внутренней поверхности колодки аналогично первой, сдвигая ее вправо на расстояние, необходимое для следующей ленты (рис.2.8). Это расстояние определяется согласно расчетным формулам, приведенным в главе 1, а так же в зависимости от толщины ленты и желания достичь определенного эффекта в самом плетении.
3. Аналогично двум первым полосам, вдоль линии верхнего канта укладывают остальные. Для лучшего крепления полос на колодке, вдоль линии канта наклеивается двусторонний прозрачный скотч. В местах пересечения предыдущих полос с последующими, последние прокладывают поочередно над и под друг другом. Для закрепления лент на стелечной поверхности рекомендуется использовать булавки. Закрепить концы лент на поверхности стельки можно с помощью резинового клея, гвоздей и т.д.
Технология машинного изготовления заготовок верха методом плетения
Для создания заготовки верха обуви машинным способом колодку подготавливают, так же как и при ручном способе: двухстороннюю липкую ленту наклеивают на колодку таким образом, чтобы она покрывала всю её поверхность без складок и пузырей (рис. 2.60). При оплетений колодки, подготовленной таким способом нити во время образования переплетения не смещаются и на выпадают. Плетение образуется равномерно на всей поверхности колодки.
После подготовки колодки переходят собственно к процессу оплетения, который состоит из трех основных этапов: 1. Заправка подготовленной колодки в рукав машины (рис.2.61)
Колодку с наклеенной на нее липкой лентой, прикрепленным стелечным узлом закрепляют в рукаве - держателе машины носочной или пяточной частью, таким образом чтобы в процессе оплетения колодка не смещалась относительно продольной оси. В процессе работы на оплеточной машине было выявлено, что колодку для высококаблучной обуви сучше заправлять носочной частью, что позволяет избежать образования пустот между нитями в пучковой части заготовки.
Оплетение колодки с пяточной или носочной части необходимо начинать на малой скорости., что дает возможность закрепить первые перекрестья в носочной или пяточной частях, достаточно плотно и четко ориентировать переплетение относительно продольной оси колодки (рис. 2.62). Оплеточная машина является полуавтоматической и при создании заготовки необходимо все время следить за положением колодки в рукаве -держателе и натяжением всех нитей каждой шпули. Высокое натяжение нитей может привести к неравномерному расположению нитей и сдвигу рисунка переплетения на колодке. Ослабление же натяжения может быть расценено контрольными органами машины, как сигнал обрыва нити, машина автоматически остановится.
3. После закрепления начальных перекрестий в носочной или пяточной частях колодки скорость работы машины можно повысить и, перемещая рукав-держатель с закрепленной в нем колодкой параллельно шпулям с заправленными нитями, оплетать её полностью (рис. 2.63 - 2.65)
4. После полного оплетения колодки её извлекают из рукава - держателя машины. Свободные концы нитей закрепляют на основной стельке (рис.2.66)
5.Завершающим этапом создания заготовки верха обуви на колодке с использованием оплеточной машины является получение собственно модели, обрезка и закрепление свободных концов нитей. По линии верхнего канта переплетение вырезают в соответствии с желаемым дизайном и укрепляют кожаной или текстильной тесьмой (рис. 2.67).
6. После создания модели необходимо прикрепить подошву и каблук с набойкой. Подошву шлифуют с неходовой поверхности по всей площади без выхватов и пропусков. После чего удаляют пыль с неходовой поверхности для лучшего крепления подошвы и склеивают с заготовкой верха обуви. Далее прикрепляем каблук изнутри, вбивая со стороны стельки гвозди или шурупы. К каблуку крепиться набойка [19].
Колодку извлекают из обуви. Задник и термопластический подносок выбирают, так чтобы они соответствовали требованиям нормативно-технической документации. Затем вклеивают мягкий подпяточник (вкладыш) и вкладную стельку [20].
Экспериментальное определение деформационных показателей свойств плетеных заготовок
К испытанию были приняты пять образцов ручного плетения в виде квадратов 10x10 см различных структур из различных материалов: 1-триаксиальное переплетение из атласной ленты (№ 6, см. главу 2, таблица 2.1); 2- триаксиальное переплетение их бархатных лент (№ 9, см. главу 2, таблица 2.1); 3 - четырехаксиальное переплетение из бархатных лент ( № 13, см. главу 2, таблица 2.1); 4 - четырехаксиальное переплетение из сутажной тесьмы (№12, см. главу 2, таблица 2.1); 5 - триаксиальное переплетение из тонкой сутажной тесьмы (№ 5, см. главу 2, таблица 2.1) и три образца машинного плетения: 1 - плетеное полотно дублированное трикотажной подкладкой (в положении - трикотажная подкладка сверху); 2 - плетеное полотно, дублированное трикотажной подкладкой (в положении -трикотажная подкладка снизу); 3 - плетеное полотно без подкладки, но с клеевой пропиткой.
Испытания образцов проводились в диапазоне величин и времен действия нагрузок, характерных для эксплуатации обуви - напряжение приводилось к 1 МПа, нагружение и упругое последействие регистрировалось до 30 с. При каждом испытании программа «RelaxData» формирует файл данных, описывающих кривую упругого восстановления образца, затем программа «Relax 2001» обрабатывает их, выдавая характеристики материала и спектр времен его релаксации. Каждый образец испытывался на установке "RELAX" в пяти точках, результаты испытаний статистически обрабатывались специальной программой в системе MathCAD «Relax Stat». Рассмотрим протокол испытания образца № 1 ручного переплетения №6 (рис 3.4).
Протокол испытаний начинается с таблицы, в которой приводятся считанные по пяти точкам данные. В каждой из колонок таблицы приводится один из 10 определяемых параметров: а - напряжение; Е\ -мгновенный модуль упругости; Е2 - модуль высокоэластичности; Е 3 -равновесный модуль упругости; r)i - коэффициент вязкости быстрого процесса восстановления деформации; г)2 - коэффициент вязкости медленного процесса восстановления деформации; ті3 - коэффициент пластической вязкости; Т\- постоянная времени быстрого процесса релаксации; Т2 - постоянная времени медленного процесса релаксации; К -коэффициент мгновенно упругой деформации.
Для каждого образца ручного и машинного плетений получен подобный протокол. Протоколы испытаний пяти образцов ручного плетения и трех образцов машинного плетения приведены в приложении А.
В таблицах 3.2 и 3.3 приведены обобщенные результаты испытаний образцов ручного и машинного способов изготовления соответственно.
Наиболее информативными показателями, характеризующими технологические и потребительские свойства, проявляющиеся при деформации обувных материалов, являются пластичность П, определяющая формуемость, приформовымаемость и формоустойчивость материала, а также характер подвижности X, определяющий скорость релаксационных процессов в материале. Поскольку экспериментальная кривая процесса релаксации аппроксимируется в соответствии как сумма двух экспонент, первая из который более быстрая с коэффицентом К1 (мгновенно упругая или быстрая деформация), а вторая, с коэффициентом К2, характеризует замедленную высокоэластическую деформацию, то характер подвижности _ К\ X - rrz показывает соотношение этих составляющих, отражает особенности подвижности и внутреннего трения элементов структуры материала. Установлено, что для полимеров значения X близки к 1, для натуральных кож - от 4 до 8, для ткани - более 20, для трикотажа - более 200. На рис. 3.7 приведены нормализованные кривые упругого восстановления деформации после снятия нагрузки для испытанных плетеных материалов в сравнении с кожей. Из рисунка видно, что проклейки и подкладки плетеного материала позволяют варьировать в широких пределах его структурную подвижность и приблизить ее к характеру подвижности кожи.
Более объективную сравнительную оценку вязкоупругих и пластических свойств обувных материалов дает их совмещенная диаграмма П-Х, показанная на рис. 3.8. Разброс показателей шести обувных кож относительно их среднего показателя сП=19,8 иХ=5,2 невелик.
Образцы ручного плетения имеют очень низкую пластичность (табл. 3.2) и очень большой разброс показателя X подвижности структуры, что объясняется различием структуры переплетения в пяти исследованных образцах.
Образцы машинного плетения с клеевой пропиткой имеют чрезмерно высокую пластичность, выше 50% (табл.3.3). Однако применение достаточно упругой трикотажной прокладки резко снижает ее, приближая к стандартному показателю для обувной кожи.
Очевидно, есть все предпосылки для того, чтобы приблизить деформационные свойства плетеного материала соответствующим подбором материалов клея и подкладки, к свойствам натуральной кожи, если такая цель будет поставлена.
Релаксационные свойства испытанных плетеных материалов в сравнении с другими обувными материалами наиболее наглядно видны на их совмещенных спектрах, рис. 3. 9. Усредненный спектр образцов ручного плетения весьма близок к типичному спектру ткани, так как структуры этих материалов весьма близки. Свойства верха обуви из таких плетеных материалов будут подобны свойствам верха текстильной обуви.
