автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Исследование износостойкости полимерных плит вырубочных прессов

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА. ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Основные компоненты вырубочного процесса

1.2. Физическая сущность процесса вырубания и роль вырубочных плит.{

1.3. Техпроцесс изготовления поливинилхлоридных вырубочных плит./

1.4. Обоснование цели исследования.£

Глава П. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНЫХ ВЫРУБОЧНЫХ ШИТ, ОБУСЛАВЛИВАЮЩИХ ИХ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ

2.1. Исследуемые характеристики и процессы

2.2. Методика и аппаратура экспериментальных исследований

2.2.1. Исследование износостойкости

2.2.2. Анализ существующих методов исследования физико-механических характеристик полимерных материалов

2.2.3. Исследование износа плит.

2.3. Анализ свойств поливинилхлоридных вырубочных плит

2.3.1. Физико-механические характеристики плит и пленок

2.3.2. Фактическая износостойкость существующих вырубочных плит.&

2.4. Анализ полученных результатов.

Глава Ш. КРИТЕРИАЛЬНЫЕ ОЦЕНКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

ВЫРУБАНИЯ И ВЛИЯНИЕ ИЗНОСА ПЛИТ НА ДЕФОРМАЦИЮ РЕЗАКОВ.7S

3.1. Износостойкость поливинилхлоридных вырубочных

Плит.

3.2. Исследование и оптимизация конструктивных параметров поливинилхлоридных вырубочных плит с учетом деформации резаков.

3.2.1. Аналитическое исследование деформаций ПВХ плиты.

3.2.2. Аналитическое исследование деформаций резака /

3.2.3. Влияние деформации плиты и резака на качество раскроя.//-/

Глава 1У. ОПТИМИЗАЦИЯ КОЖЧЕСТВЕННЫХ СООТНОШЕНИЙ КОМПОНЕНТОВ, ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ ПОЛ'ШЖШЛХЛОШДНЫХ ВЫРУБОЧНЫХ ПЛИТ.Л

4.1. Постановка задачи математического моделирования

4.2. Построение линейной модели и проверка ее адекватности .Н

4.3. Построение модели второго порядка и проверка ее адекватности./2/

4.4. Определение оптимальных количественных соотношений компонентов, входящих в состав плит, по модели второго порядка.

Глава У. ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ИСПЫТАНИЯ ПЛИТ . . /МО

Решениями ХХУ1 съезда КПСС по пятилетнему плану развития,народного хозяйства СССР на IS8I-I985 годы предусмотрены более высокие темпы роста продукции отраслей промышленности группы "Б" по сравнению с продукцией отраслей группы "А". Для более полного удовлетворения потребностей советских людей в изделиях легкой промышленности объем производства продукции в этой отрасли будет увеличен на 18-20>6. В связи с этим осуществляется техническое перевооружение предприятий легкой промышленности на основе внедрения новой техники и прогрессивной технологии, а также механизации и автоматизации производства [I] .

Подготовительно-раскройные работы являются первичным этапом ' изготовления одежды, обуви, изделий кожевенно-галантерейной промышленности. Наиболее распространен раскрой на прессах резаками в обувной и кожгалантерейной промышленностях. В швейной промышленности прессы при массовом раскрое тканей имеют значительно меньшее применение (сложная технология резаков, большие размеры деталей одежды, сложность транспортирования настилов к прессу, частота сменяемости моделей изделий и т.д.) . Имеющиеся способы раскроя (новые - вырезание лазерным лучом, микроплазмой, с помощью струи воды под давлением; старые - ленточными ножами, дисковыми ножами и др.) не являются конкурентноспособными в настоящее время либо в связи с большими капитальными затратами и недо-:работанностыо технологического процесса [2] , либо ввиду невысокой производительности [3] . Однако и в случае внедрения новых ^способов раскроя в дальнейшем, повидимому, сохранится болыпинство типов раскройного оборудования - и в первую очередь прессовоj jro, но используемого в конкретно-оптимальных условиях [4] . Указанное обеспечивается комплексом достоинста вырубочных прессов, в т.ч. высокой производительностью, точностью кроя, возможностью увеличения мощности при небольшее изменениях габаритов. Среди недостатков, присущих электрогрщравлическим прессам, особое место занимают перегрузки в прессе, которые резко снижают надежность работы как элементов пресса, так и его самого в целом [4 - в]. ^ Обычно,перегрузки, возникающие в прессе, демпфируются наиболее податливым звеном кинематической цепи пресса - вырубочными плитами. При этом происходит ускоренная деформация или "износ" вырубочных плит и режущего инструмента.

В настоящее время вырубочные плиты, на которых производят вырубание деталей, изготавливают из металла, полимерных материалов, древесины и картона. Деревянные колоды выдерживают без реставрации всего 5-6 смен, спецкартонные - 12-14; металлические более долговечны, но требуют применения амортизаторов [9] . За ■ рубежом широко применяются полимерные вырубочные плиты. В нашей стране все большее, распространение получают полимерные плиты на основе поливинилхлорида даже несмотря на их сравнительную недолговечность. Режимы изготовления поливинилхлоридных вырубочных плит отличаются друг от друга также, как и рецептура плит. Данные о стойкости плит весьма различны, а характеристики износостойкости полимерных плит, как и другие физико-механические параметры, почти не исследованы. В дальнейшем в тексте используются как термины "износостойкость", так и "стойкость", равнозначные по смыслу. Отсюда возникает необходимость в комплексном исследовании указанных параметров, изолированное рассмотрение которых не может дать правильной картины, имеющей место при интенсивном "износе" вырубочных плит. Интенсивный износ вырубочных плит приводит к резкому повышению нагрузок в системе пресса, не обеспечивает высокого качества и точности кроя. Дальнейшему созданию и улучшению качества вырубочных плит препятствует отсутст

- б вие данных о свойствах плит, обеспечивающих их длительную работоспособность. Под оптимальным качеством плиты здесь и ниже понимается ее способность обеспечивать в течение заданного срока эксплуатации как чистоту раскроя материала с одного удара, так и минимальный износ ее поверхности, т.е. износостойкость. Под заданным сроком эксплуатации здесь понимаетмя срок службы вырубочной плиты без реставрации, определяемый техническими условиями завода-изготовителя. В связи с этим необходим анализ влияния физико-механических свойств плит на их долговечность, а также необходимо оценить влияние износа и деформаций плит и резаков на качество раскроя и соответствующим образом произвести отбор оптимальных вырубочных плит для различных техпроцессов на электрогидравлических прессах.

Поэтому основной задачей настоящей работы явилось- исследование износостойкости полимерных плит вырубочных прессов при изменении количественных соотношений компонентов, входящих в состав плит, изыскание путей повышения их износостойкости, что дает снижение расхода сырья на плиты (из-за увеличения, срока службы) и повышение качества вырубания деталей изделий для легкой промышленности.

Актуальность темы заключается в необходимости повышения износостойкости поливинилхлоридных вырубочных плит, серийно выпускаемых заводами страны, в первую очередь путем оптимизации количественных соотношений компонентов, входящих в их состав.

Научная новизна состоит в создании методики исследования и прогнозирования свойств поливинилхлоридных вырубочных плит, а также в разработке рекомендаций, позволяющих повысить стабильность срока их службы.

Практическая ценность заключается в том, что предлагаемые мероприятия дают возможность изготавливать поливинилхлоридные вырубочные плиты с оптимальными характеристиками, что ведет к увеличению износостойкости самих плит и к улучшению качества вырубания деталей.

В первой главе проведен анализ ранее выполненных работ по исследованию основных компонентов вырубочиого процесса, его физической сущности и роли вырубочных плит при вырубании.

Во второй главе исследована износостойкость поливинилхлоридных вырубочных плит и отобраны характеристики, позволяющие ее оценивать.

В третьей главе показаны и исследованы критерии надежности плит, характеризующие их качество, влияние износа и деформации поливинилхлоридных вырубочных плит на деформацию резаков и качество раскроя.

В четвертой главе проведена оптимизация количественных соотношений компонентов, входящих в состав поливинилхлоридных вырубочных плит, а также оптимизация функции суммарных затрат, учитывающих себестоимость компонентов смеси и экономию за счет повышения износостойкости плит.

В пятой главе приведены результаты изготовления и испытания опытных поливинилхлоридных вырубочных плит в производственных условиях.

В приложениях приведены результаты экспериментальных исследований и изложена методика прикладных расчетов.

- 8

- 146 -ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЖ0М1ВДА1Щ

I . j

1. Исследование ПВХ вырубочных плит позволило определить единицу измерения износостойкости Сусловная смена) , которая дает возможность сопоставить сроки службы различных плит независимо от интенсивности работы на них.

2. В результате проведенных исследований по определению фактической износостойкости ПВХ плит получено ряд значений износостойкости, отдельных типов плит, подчиняющихся нормальному закону распределения. Использование критерия ТуСЛ при исследовании износостойкости плит показало нестабильность качества выпускаемых плит. Надежная работа исследованных отечественных ПВХ плит(if$75%) обеспечивается только до 8-10 смен, что явно недостаточно.

3. Физико-механические характеристики ПВХ вырубочных плит не определяются в настоящее время, кроме габаритных размеров и условной твердости по Шору. В работе определены следующие физико-механические характеристики ПВХ вырубочных плит: J3- плотность, НВ -твердость по Бринеллю, CLK- ударная вязкость по Шарпи с надрезом,

У - упругость, Г- теплостойкость по Вика. Исследования этих характеристик способствует в работе по целенаправленному изменению ПВХ плит в соответствии с количественными соотношениями компонентов, входящих в их состав, и техпроцессом изготовления с целью увеличения износостойкости. Например, при содержании ПВХ смолы 30-70%, пластификатора 12-13%, стабилизатора 2%, наполнителя 1525% физико-механические характеристики плит должны быть следуто-:цие: 1,35-1,40 т/м3 ; Н8= 20-25 МН/м2 ; V = 40-45% ; С1К = 1520 кДж/м2 ; Г = 45-50°С .

4. Критерием износа плиты и необходимостью ее реставрации зчитать ухудшение качества раскроя, при котором количество повторных ударов достигает более 30% при глубине врубания более I мм ; :

- 147 . . --- 1 - наличие впадины износа на глубину до 12 мм толщины новой плиты; большого утонения плиты (менее 15 мм) ; образование зазора междуj изношенной поверхностью плиты и лезвием резака с i-tnax более 5мм J

5. По мере износа плит толщина их уменьшается, но коэффици- ; енты жесткости и "коэффициенты постели" меняются незначительно, поэтому можно считать их постоянными и независящими от толщины плит. При уменьшении периметров вырубаемых деталей по мере уменьшения толщины плит, деформации плит увеличиваются, что связано с уменьшением периметра контура распределения нагрузки Р.

6. Расчеты показали, что наименьшие деформации возникают в резаках при работе на неизношенных плитах, при этом наиболее деформируются участки резаков, расположенные вдоль стола пресса. При работе на изношенных плитах деформации резаков увеличиваются : почти в два раза и изогнутая ось резака будет выпуклой, чем и объясняется частичный непроруб кожи. Также при частичном разрубе кожи произойдет касание резака с вырубочной плитой и наступит;так называемый }послеразрубный период; часть усилия, развиваемая прессом, пойдет на деформацию плиты, и погонная нагрузка, действующая на резак, будет недостаточна для прорубания кожи.

7. Математическая модель, описывающая зависимость износостойкости плит от количественных соотношений компонентов, входящих в их состав, должна быть не ниже второго порядка. По модели второго порядка было проведено определение оптимальных количественных соотношений компонентов, входящих в состав ПВХ плит, обеспечивающих максимум износостойкости, а также минимизация функции суммарных затрат, учитывающих себестоимость компонентов смеси и экономию за счет увеличения износостойкости плит. В работе был применен нелинейный симплексный метод оптимизации.

8. Экспериментальные исследования подтвердили, что при расчетных соотношениях компонентов-ПВХ. пленки-получаются в лабораторных условиях, однако для промышленного изготовления плит диапазон изменения количественных соотношений компонентов должен быть значительно уменьшен и соответствовать значениям (см. п.З), что обусловлено техпроцессом изготовления плит и видом наполнителя Сна данном этапе это не было учтено при проведении оптимизационных расчетов).

9. Для подтверждения результатов теоретических расчетов был проведен контрольный эксперимент и изготовлено шесть типов плит. Износостойкость плит действительная ниже расчетной, но превышает износостойкость серийно выпускаемых плит на МЗТИ в 1,2 раза. Несовпадение расчетных значений износостойкости ПВХ плит и результатов производственных испытаний подтверждает тот факт, что при определении износостойкости плит необходимо учитывать условия их эксплуатации.

1. Тихонов Н.А. Основные направления экономического и социального развития СССР на 1.8I-I985 годы и на период до 1990 года. - М., Политиздат, 1981. - 45 с.

2. Боткин А.П. Резервы производительности раскройного оборудования . . Всесоюзная конференция. - Киев., 1975.

3. Грицаненко О.Ф., Кошель И.В., Марголин В.Е. Исследование многослойного разруба материалов. В журн. Кожевенно-обувная промышленность. - М., Легкая индустрия, 1975, №8.

4. Марголин В.Е. Исследование параметров вырубочных процессов, прессов и режущего инструмента в кожобувном производстве. -Отчет. Л., ЛИТЛП им. С.М.Кирова, 1974, № 88/74.

5. Баканов Н.И. Исследование некоторых факторов, влияющих на перегрузки пресса ПВГ-18-0. Дис. . канд. тех. наук.- М., 1974.

6. Баканов Н.И., Марголин В.Е. Определение оптимальных параметров ЭГП . . В сб. рефератов Б0 3951. - М., ВНИИЦентр, 1970., Серия 19, № 8-9.

7. Баканов Н.И., Пудов В.А., Амирханов Д.Р., Пискорский Г.А. Снижение перегрузок гидравлического пресса . .В журн. Изв. Вузов Технолог, легк. пром-сти. Киев, 1972, № 5,

8. Марголин В.Е. Исследование некоторых характеристик процесса резания . . Дис. . канд. тех. наук. - Л., 1970.

9. Гвоздев Ю.М., Моряков В.Я. Поливинилхлоридные плиты для вырубочных прессов. Сб. научных трудов МТИЛП. - М., 1964., Вып. 30, с. 166-172.

10. Зыбин Ю.П. Технология обуви. М., 1940, т. 2.

11. Капустин И.И. Резание и режущий инструмент в кожевенно-обув-ном производстве. М., Гизлегпром, 1950.

12. Толочко В.И. Значение геометрии режущего инструмента при вырубке деталей из .жестких кож. В журн. Легкая промышленность.- М., 1957, № 4.

13. Толочко В.И. Исследование процессов разруба жестких кожмате-риалов и их заменителей. Дис. . канд. тех. наук. - М., 1958.

14. Анастасиев А.А. Вырубочные прессы. М., 1975.

15. Баканов Н.И., Марголин В.Е. Определение оптимальных параметров электрогидравлических прессов для вырубки деталей обуви.- Отчет. Л., ЛИТЛП им. С.М.Кирова, 1967.

16. Теслина В.В., Испирян Г.П., Васильев П.П. Централизованное вырубочное производство. М., 1978.

17. Нудельман М.И. Плиты к прессам для вырубки деталей и обувные колодки из пластической массы ТЖ-Э для обувной промышленности. М., 1959.

18. Зыбин Ю.П. Раскрой обувных материалов. М-Л., 1940.

19. А. С. 314792, кл. С 14 в 5/00 (СССР'). Плита для раскроя материалов. Букин А.Я. Опубл. 1971, бюл. № II.

20. Новая конструкция раскройной плиты. В журн. Э.И. Обувная промышленность. - М., 1974, № 6, с. 2-3 .

21. А.С. 214077, кл. 39 в 22/01 (СССР ) . Вещество для изготовления плит, предназначенных для разруба кожи и других подобных материалов. Опубл. 1968, бюл. № II .

22. Фёдоренко Н.П., Лившиц 10.Т. Универсальный пластик (ПВХ) .- М., Наука, 1966 .

23. Исследование процесса раскроя многослойных настилов материалов, применяемых в кожгалантерейном производстве. Отчет.- М., ВНИИКГП, 1972, № 12 .

24. Раскройные плиты из РЕ Sckkopa.il 6000. В журн. Э.И. Обувная промышленность. - М., 1968, № 12, с. 38-40 .

25. Колоды из каучука, модифицированного искусственными смолами.- В журн. Э.И. Обувная промышленность. М., 1969, с. 37-39.

26. Новые плиты. В журн. Э.И. Кожевенно-обувная промышленность.- М., 1963, № 5 .

27. Оборудование подготовительного и раскройного участков производства. В журн. Э.И. Швейная промышленность. - М., 1974, IP I .

28. Международная обувная выставка в Атлантик-Сити. В журн. Э.И. Обувная промышленность. - М., 1976, № 5, с. 24 .

29. Оборудование для обувной"промышленности объединения по машиностроению "KAEV" (ВНР) . В журн. Э.И. Машиностроение для легкой промышленности. - М., 1974, Выпуск W- 4 .

30. Белановский 10.Н. и др. Справочник по эксплуатации оборудования обувных фабрик. Киев, 1973 .

31. Оборудование для вырубания деталей. В журн. Э.И. Швейная промышленность. - М., 1971, № 10, с. 1-9 ,

32. Калабро С.Р. Принципы и практические вопросы надежности. М., 1966 .

33. Энциклопедия полимеров. М., 1972, т. I .

34. Козлов П.М. Применение полимерных материалов в конструкциях, работающих под нагрузкой. М., 1971, с. 15, 60-62 .

35. Бартенев Г.М. Трение и износ полимеров. М., I960, с. 78-80.

36. Марголин В.Е. Исследование эксплутационных параметров вырубочных плит. Отчет. - Л., ЛИТЛП им. С.М.Кирова, 1976,40/75-76 .

37. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Краткий курс математической статистики для технических приложений. М., 1959 .

38. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М., 1962 .

39. Марголин В.Е. Повышение эффективности использования вырубоч-ных плит ЗГП. Отчет. - Л., ЛИТЛП им. С.М.Кирова, 1979,37/77-80 .

40. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование экс- , иеримента при поиске оптимальных условий. М., Наука, 1976.

41. Тихомиров В.Б. Планирование и анализ эксперимента. М., Легкая индустрия, 1974. - 262 с.

42. Зажигаев Л.С., Кишьян А.А., Романиков Ю.И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. М., Атомиздат, 1978. - с. 144 .

43. Ляшенко И.Н., Карагодова Е.А., Черникова Н.В., Шор Н.З. Линейное и нелинейное программирование. Киев, 1975, с. 47.

44. Fty-зинов Л.П. Статистические методы оптимизации химических процессов. М., Химия, 1972 .

45. Использование ЭВМ в учебном процессе и НИР (под ред. Хвато-вой Ф.Л.) . Л., Лениздат, 1977 .

46. Бояринов А.И., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии. М., 1975, с. 512 .

47. Моисеев Н.Н. Математика ставит эксперимент. М., 1979, с. 64 .

48. Прейскурант № 05-01. Часть I. Химическая продукция; Часть 2. Синтетические смолы и пластические массы. М., Прейскурант-издат, 1974 .

49. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки. М., Наука, 1966. - 608 с.

50. Тимошенко С.П. Сопротивление материалов. М., Наука, 1965, т. 2 .

51. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М., Наука, 1976, с.34 .