автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.06, диссертация на тему:Исследование технологических операций механического резания в производстве обуви и кожгалантерейных изделий

На правах рукописи

ЛИТВИН Евгений Викторович

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ МЕХАНИЧЕСКОГО РЕЗАНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ ОБУВИ И КОЖГАЛАНТЕРЕЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ

*

Специальность 05.19.06 «Технология обувных и кожевенно-галантерейных изделий»

АВТОРЕФЕРАТ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2005

Работа выполнена в Московском государственном университете дизайна и технологии (МГУДТ)

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Костылева Валентина Владимировна Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Иванов Владимир Александрович кандидат технических наук Аветисова Алла Андрониковна Ведущее предприятие: ЗАО «Егорьевск-обувь» (г. Егорьевск)

Защита состоится «27» апреля 2005 г. в . на заседании дис-

сертационного совета Д 212.144.01 при Московском государственном университете дизайна и технологии по адресу: 115998, Москва, ул. Садовническая, д. 33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета дизайна и технологии.

Автореферат разослан » марта 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.П. Жихарев

2*56

мтм^

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. Большой удельный вес операций с применением механического резания в производстве обуви и кожгаланте-рейных изделий и, следовательно, величина затрат на подготовку и осуществление соответствующих технологических операций определяют актуальность их исследования и совершенствования на основе обобщения существующих и получения новых теоретических и экспериментальных данных.

Основополагающей в теории резания продолжает оставаться задача аналитического описания взаимодействия режущих инструментов с обрабатываемыми материалами, учитывая показатели их физико-механических свойств и основные технологические параметры управления процессом. Технология резания определяется, с одной стороны, разновидностью режущего инструмента, а с другой - видом и свойствами обрабатываемого материала, влияющими на выбор этого инструмента.

Механическое резание обусловлено сложным взаимодействием лезвия инструмента с материалом в определенной технологической среде Анализ технологических процессов на предприятиях обувной и кожгалан-терейной промышленности показал, что оборудование с механическими режущими инструментами образует устойчивую группу технических средств, с использованием которых производится раскрой материалов на детали и их обработка. Есть все основания полагать, что такое положение сохранится и в будущем. Это свидетельствует об актуальности проведения работ, направленных на совершенствование режущих инструментов и устройств технологических операций резания для расширения их технологических возможностей, повышения работоспособности, производительности труда и качества резания.

Работа выполнялась в рамках научно-технических исследований кафедры технологии изделий из кожи Московского государственного университета дизайна и технологии по ппоблеме «Развитие научных основ

конструирования и технологии производства швейных изделий и изделий из кожи с применением информационных систем и новых материалов».

Объектом исследования является процесс механического резания материалов с упруго-вязкими свойствами, применяемых для изготовления обуви и кожгалантерейных изделий. Предметом исследования являются технологические операции с использованием вырубания деталей резаками на прессах и раскроя настилов материалов на детали подвижным плоским стержневым ножом, характеризуемые взаимодействием лезвия (режущей кромки) с объектом обработки (материалом или настилом).

Целью исследования является повышение качества выполнения технологических операций механического резания за счет совершенствования процессов взаимодействия режущих инструментов с материалами на основе разработки аналитического описания процессов и создания программного обеспечения. Для реализации цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

- изучен и обобщен имеющийся научный опыт по тематике исследования, выявлены качественные и количественные характеристики процесса механического резания, обусловливающие его разновидности и результаты, предложена классификация разновидностей механического резания;

- произведен анализ физической сущности и основных закономерностей механического резания с позиций оценки особенностей кинематики и силового взаимодействия в системе «материал - лезвие - оборудование»;

- проведены эмпирические исследования деформационных свойств материалов и процессов их взаимодействия с режущими инструментами с последующим анализом данных, их статистической и графоаналитической обработкой;

- получены расчетные аналитические выражения и математические модели для определения -кинематических и силовых показателей процесса

резания обувфтх ижмкмишяшрейиыч материалов с учетом особенностей » )

их свойств при различных параметрах взаимодействия в системе «материал - лезвие - оборудование»;

- разработано программное обеспечение графоаналитической и статистической обработки данных, моделирования процесса резания и определения рациональных параметров режущих инструментов;

- разработаны методики: определения деформационных свойств материалов при сжатии методом релаксационной спектрометрии, расчета кинематических параметров процесса взаимодействия с материалом ножей раскройных автоматов с наклонной режущей кромкой, компьютерной оценки геометрических параметров лезвий режущих инструментов и оценки их износа, моделирования процесса взаимодействия лезвия и материала;

- разработаны и апробированы метод и компьютеризированный комплекс исследования кинематики процесса вырубания деталей на прессах;

- обобщены результаты исследований и сформулированы научно-практические основы исследования и моделирования процессов взаимодействия лезвия с объектом обработки, разработаны рекомендации по их аналитическому описанию и совершенствованию.

Методы исследования. Исследование базируется на комплексном подходе к изучению механического резания с использованием: положений теории резания и основ реологии; существующих и новых методик эмпирических исследований, в том числе релаксационной спектрометрии, полуцикловых испытаний материалов на разрушение рубящим и скользящим резанием, сжатием и растяжением, одноцикловых испытаний на сжатие и др.; численных методов графоаналитической обработки данных на ЭВМ; методов математического моделирования и математической статистики; разделов технологии и материаловедения изделий из кожи, а также синтеза технологических решений, направленных на совершенствование исследуемых операций.

Технические средства решения задач. Для решения поставленных задач использованы следующие технические средства:

- ЭВМ и исследовательское периферийное оборудование (оптический датчик, микроскоп, сканер);

- установка «Ле/ах»;

- копер для исследования процесса рубящего резания;

- стенд для исследования процесса резания плоским подвижным ножом;

- технологическое оборудование ЗАО МОФ «Парижская коммуна» (вырубочный пресс А ТОМ G999 SAB).

Научная новизна работы заключается в:

- получении новых экспериментальных данных о деформации материалов и их систем при сжатии и скорости распространении в них деформации;

- разработке обобщенной классификации разновидностей механического резания на основе особенностей кинематики взаимодействия режущего инструмента и материала;

- предложенной методике расчета параметров взаимодействия ножей с наклонной режущей кромкой с раскраиваемым материалом;

- получении аналитических зависимостей работы рубящего резания от величины угла заострения лезвия и горизонтальной составляющей силы резания от амплитуды, частоты колебаний подвижного ножа, а также скорости раскроя;

- разработке методики аналитического описания зависимости силы рубящего резания от величины проникновения лезвия в материал;

- разработке методики статистического моделирования силовых параметров процесса рубящего резания;

- разработке методик применения стандартных периферийных компьютерных устройств для исследования геометрических параметров лезвий режущих инструментов, а также кинематики процесса взаимодей-

с тв и я резака с материалом и оснасткой при вырубании;

- получении аналитического описания процесса силового взаимодействия лезвий резаков различных профилей с материалом (настилом);

- разработке модели скорости распространения деформации в материале при воздействии на него лезвия с различной скоростью.

Практическую значимость исследования составляют: полученные данные по оценке кинематики и силового взаимодействия режущих инструментов с материалом, разработанные методики проведения исследований и обработки экспериментальных данных, оценки геометрических параметров лезвий, их износа и показателей стабильности выполнения операций, которые необходимы для совершенствования оборудования и оснастки и проектирования нового оборудования, технологических и машинных рабочих процессов; разработанная компьютеризированная система Researcher, позволяющая исследовать кинематические параметры процесса вырубания в производственных условиях; разработанная программа CPG, позволяющая сократить временные затраты на технологическую подготовку вырубочного и раскройного производства.

Результаты работы и их реализация. Исследования проведены в лабораториях кафедры технологии изделий из кожи Московского государственного университета дизайна и технологии, на ЗАО МОФ «Парижская коммуна». В работе даны новые научно-практические сведения о процессе и технологических операциях механического резания, включающие прошедшие статистическую обработку эмпирические данные, предложенные расчеты и разработанные модели, а также созданное программное обеспечение:

- программный комплекс аппроксимации, интерполяции и статистической обработки эмпирических данных («ASPI», разработан при участии И.Р. Татарчука);

- программу статистического моделирования параметров процесса механического резания («MCG Clicking»)',

- компьютеризированную систему исследования кинематических параметров процесса вырубания {«.Researcher», разработана совместно с И.Р. Татарчуком);

- программу рационального выбора геометрических параметров резаков (CPG).

Полученные результаты внедрены на ЗАО МОФ «Парижская коммуна» и в учебный процесс на кафедре «Технология изделий из кожи» Московского государственного университета дизайна и технологии.

Апробация. Результаты работы докладывались и получили положительную оценку на заседаниях кафедры ТИК МГУДТ, Всероссийской отраслевой научно-практической конференции «Пути повышения конкурентоспособности товаров легкой промышленности и совершенствования процессов их производства» (Москва, ВВЦ, 22 сентября 2004 г.). Результаты исследований внедрены в учебный процесс на кафедре технологии изделий из кожи МГУДТ: под грифом УМО опубликован учебник «Технологические процессы производства изделий легкой промышленности. Часть I. (В Ф.Абрамов, В.В.Костылева, Е.В.Литвин, В.Н.Соколов, И.В.Соколов, И.Р.Татарчук, В.А.Фукин; под ред. В.А.Фукина. - М.: «КноРус», 2003), рекомендованный УМО Легпром для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров 55 39.00 - «Технология, конструирование изделий и материалы легкой промышленности».

Публикации. Теоретические предпосылки исследований и их результаты отражены в семнадцати печатных работах. Основные положения проведенных исследований опубликованы в восьми печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов по каждой главе и по работе в целом, списка использованной литературы, приложений. Объем диссертации составляет 231 страницу, включая 90 рисунков, 31 таблицу, список литературы из 104 библиографических наименований.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, обозначены цели и задачи исследований, отражены научная новизна и практическое значение работы, приведен краткий исторический обзор но тематике исследования.

В первой главе произведен анализ технологических операций с использованием механического резания в производстве обуви и кожгаланте-рейных изделий, типов оборудования и режущих инструментов, а также существующих классификаций процессов резания. Показано, что при всем многообразии типов режущих инструментов в производстве обуви и кож-галантерейных изделий наиболее распространены резаки, применяемые на операциях вырубания деталей на прессах. Все большее применение в отрасли находит оборудование со стержневыми (пластинчатыми) ножами, в связи с чем возникает необходимость более углубленного рассмотрения особенностей работы и расчета взаимодействия инструментов этого типа с раскраиваемым материалом.

Установлено, что различия в подходах к обобщению и систематизации и, соответственно, в существующих классификациях механического резания связаны с многообразием факторов, характеризующих процесс, определяющими из которых являются особенности кинематического взаимодействия лезвия режущего инструмента и материала. Рассмотрены и выделены случаи взаимодействия механического режущего инструмента с объектом обработки, определяющие ту или иную разновидность резания.

Предложена обобщенная классификация разновидностей механического резания на основе особенностей взаимодействия лезвия и обрабатываемого материала (таблица). Классификация инвариантна по отношению к отраслям промышленности, в которых используется механическое резание материалов с упруго-вязкими свойствами.

Таблица. Разновидности механического резания

Разновидность резания Схема взаимодействия лезвия с материалом Характеристика

1 2 3

1. Рубящее резание (рубка) «>1=»П Режущая кромка лезвия расположена параллельно плоскости материала; скорость резания ир перпендикулярна режущей кромке и равна скорости перемещения лезвия О).

1

шшж

2 Наклонное резание Уя Режущая кромка лезвия расположена под углом к плоскости материала. Плоскость резания (перемещения ножа со скоростью О]) либо перпендикулярна (а), либо параллельна (б) плоскости материала.

1 £

3. Скользящее резание 1 ■ щ ш и / Разновидность характеризуется наличием скорости и, ножа (или материала) перпендикулярно режущей кромке и скорости «2 ножа вдоль режущей кромки.

4. Пилящее резание (пиление) Острия режущих зубьев пилящего инструмента внедряются в материал перпендикулярно его плоскости со скоростью иг при одновременном движении вдоль поверхности реза со скоростью ^(возвратно-поступательном либо вращательном).

Продолжение таблицы

1 2 3

5. Резание ножницами (двумя лезвиями) ]> V///."....... V Ж Разновидность характеризуется наличием двух взаимодействующих лезвий (прижатых друг к другу): а, б -резание ножницами (а - вариант с поступательным перемещением одного из лезвий, б — вариант с возвратно-поворотным движением одного из лезвий со скоростью го); в - резание штампом.

шш

а У/77. в

6. Комбинированное резание а б Характеризуется наличием признаков, относящихся к каждой из разновидностей механического резания, одна из которых при этом может превалировать: а - абразивное резание; б - фрезерование.

Классификация адаптирована применительно к операциям резания в производстве обуви и кожгалантерейных изделий - составлена сводная таблица разновидностей резания, поясненных схемами взаимодействия лезвия с материалом, видом (конфигурацией) линий реза и перечислением технологических операций, в которых соответствующее резание находит применение.

Все большее распространение в отрасли получают раскройные автоматы, где в качестве режущего инструмента применяются плоские подвижные ножи с наклонной режущей кромкой. В работе предложен расчет процесса взаимодействия ножей этого типа с раскраиваемым материалом, предусматривающий определение кинематических параметров резания -скорости и частоты вертикального перемещения ножа, угла резания и др. Заданными величинами при расчете являются максимальная толщина материала и горизонтальная скорость ножа (технологическая скорость раскроя) Ширина ножа определяется необходимой точностью раскроя и кон-

структивными соображениями.

Во второй главе показано, что каждая из разновидностей резания характеризуется определенными деформациями разделяемого материала и применяется в зависимости от его строения и свойств. Деформационные свойства материалов для обуви и кожгалантерейных изделий в значительной степени влияют на процесс резания и являются одним из факторов, определяющим режимы технологических операций, а также их результаты - производительность, точность, расход материала, качество срезов и др. Показано, что из всех существующих реологических моделей, описывающих деформационное поведение материалов с упруго-вязкими свойствами, наиболее обоснованными и предпочтительными являются трехкомпонент-ные модели. Это послужило основанием для выбора установки «RELAX» для исследования деформационных свойств материалов.

При механическом резании материалы подвергаются различного рода деформациям, в частности, сжатия, достижение критических величин которых характеризуется началом процесса разделения структурных элементов материала по линии реза. Поэтому при расчетном определении числовых значений параметров процесса резания возникает необходимость нахождения оценок его механических (деформационных) характеристик.

Деформационная картина взаимодействия лезвия режущего инструмента (например, резака) и слоев материала при получении деталей из настилов имеет значительные отличия в сравнении с деформированием лезвием одиночного материала и оказывает существенное влияние на качество кроя и величину возникающих усилий. С использованием современных экспериментальных методов в работе исследованы деформационные свойства кожи и настила межподкладочной ткани при сжатии. Получены значения мгновенного модуля упругости, коэффициентов вязкости, постоянных времени быстрого и медленного процессов и др.

В результате статистической обработки экспериментальных данных с использованием разработанной компьютерной программы выявлена непосредственная связь между постоянными времени «быстрого» процесса

упругого деформирования и восстановления соответственно при нагруже-нии и релаксации материала при сжатии. Установлено, что основные показатели деформационных свойств анизотропного материала с упруго-вязкими свойствами при сжатии могут быть определены на установке «RELAX» как при нагружении образца, так и при его релаксации. Определены показатели «быстрой» и «медленной» составляющих процесса деформации сжатием, полученные путем аппроксимации эмпирических данных теоретической кривой, характеризующие процесс деформации настила межподкладочной ткани как квазиупругий, что объясняет специфику деформации настилов при рубящем резании.

Важным параметром, определяющим особенности процесса взаимодействия лезвия и материала с упруго-вязкими свойствами, а также качество резания, является скорость распространения деформации в материале, сведения о диапазонах величин которой практически отсутствуют в литературе. Нами исследованы скорости релаксации в коже и настиле межподкладочной ткани при сжатии (Рисунок 1). Установлено, что значения максимальной скорости релаксации составляют соответственно не более 0,2 м/с и 1,5 м/с, что позволяет говорить о необходимости резания настилов с более высокими скоростями при прочих равных условиях с целью повышения точности кроя.

В третьей главе показано, что одним из важных аспектов теории резания является исследование и аналитическое описание процесса силового взаимодействия лезвия и материала, имеющего место при наличии противорежущего подпора со стороны последнего, а основными параметрами, характеризующими это взаимодействие, являются усилие и работа резания и, как следствие, возникающее под режущей кромкой разрушающее напряжение.

В работе также дана оценка параметров силового взаимодействия при рубящем и скользящем резании

Рисунок 1 - Типичная зависимость скорости релаксации от времени для кожи

Для описания процесса рубящего резания актуально рассмотрение обобщенного профиля лезвия резака и получение аналитических зависимостей для определения силовых параметров его взаимодействия с материалом применительно к упрощенным типичным профилям. В работе предложена обобщенная расчетная модель силового взаимодействия лезвия резака сложного профиля из полосовой стали с материалом и дано описание частных случаев для лезвий в виде одностороннего клина, двухстороннего симметричного клина и других профилей.

В главе также показано, что износ лезвий режущих инструментов и, в частности, резаков, и его влияние на ход и результаты процесса резания (качество срезов и точность кроя) непосредственно связаны с особенностями силового взаимодействия лезвия с материалом и оснасткой. Дана оценка изнашивающему воздействию материала и оснастки на лезвия резаков. Исследована микрогеометрия лезвий новых и бывших в эксплуатации резаков из холоднокатанной полосовой стали. Определено, что размер сколов на кромке лезвия новых резаков может достигать 0,25 мм, в то время как на эксплуатируемых лезвиях величина сколов достигает 1,1 мм, что является причиной ухудшения качества кроя, а также повышенного износа

вырубочных плит и механизмов пресса из-за необходимости увеличения проникновения лезвия в плиту.

Характер износа лезвий режущих инструментов обусловлен особенностями распространения в них напряжений. Показано, что анализ результатов интерференционных картин распределения изохром в моделях лезвия и материала позволяет определить влияние геометрических параметров лезвия на особенности локализации и концентрации напряжений в нем, а также в материале.

Процесс резания должен рассматриваться как сложное взаимодействие лезвия с материалом и технологической оснасткой. Показана важность аналитической и экспериментальной оценки величины затупления (остроты) режущей кромки лезвия. Установлено, что в оценке данного показателя отсутствует единое мнение. Произведен анализ показателей остроты лезвия и методов их определения. Разработан усовершенствованный метод определения данного показателя на основе компьютерной обработки отсканированного изображения лезвия.

Определено, что наряду с затуплением кромки, на параметры силового взаимодействия лезвия с материалом, а также на качество раскроя и долговечность режущих инструментов, в особенности резаков, влияет величина угла заточки. В работе приведены результаты исследования по определению вида зависимости работы рубящего резания от угла заострения лезвия резака. На основе экспериментальных данных установлено, что зависимость работы вырубания от угла заострения (заточки) лезвия для анизотропных обувных материалов (кожи) с наибольшей степенью точности описывается логарифмической и степенной функциями при больших толщинах данных материалов, и прямолинейной - для материалов малых толщин. Зависимость для изотропных материалов (искусственной кожи, картона) носит прямолинейный характер. Для обработки экспериментальных данных использован эффективный математический аппарат, реализованный в виде соответствующих модулей разработанного нами программного комплекса «АБР!».

Дается описание разработанного нового метод описания зависимости силы резания от величины погружения лезвия в материал кубическими сплайнами, реализованный в виде компьютерной программы, включенной в состав разработанного комплекса. Результаты проведенного исследования позволяют сделать вывод о высокой точности метода и возможности его применения для моделирования процесса вырубания.

Процесс силового взаимодействия лезвия с материалами для изделий из кожи может рассматриваться как вероятностный, в связи с чем наряду с общепринятыми количественными характеристиками процесса возможно использовать их оценки (вероятностные показатели), а при их определении применять методы математической статистики и моделирования (Монте-Карло). В работе предложена статистическая модель силового взаимодействия лезвия и материала и разработана программа, реализующая методику моделирования.

Использование раскройных автоматов с плоскими подвижными ножами вызывает необходимость исследования параметров взаимодействия лезвия и материала при скользящем резании. На основе результатов экспериментальных данных, полученных на стенде при раскрое настилов обувных текстильных материалов подвижным ножом, определены аналитические зависимости (Рисунок 2) между горизонтальной составляющей усилия резания и следующими величинами: амплитудой колебания ножа; частотой колебания ножа; скоростью перемещения ножа (подачи материала).

В четвертой главе показано, что специфической особенностью резания материалов для обуви и кожгалантерейных изделий является зависимость отдельных параметров рабочего инструмента и деформационных характеристик материала, что в конечном итоге, определяет зависимость параметров самого процесса от скорости резания (движения режущей кромки лезвия относительно материала). Существующие аналитические зависимости предполагают описание процесса резания со скоростью, близкой к нулю.

Р НЛ*4

1 1 5 1 I I I I 5

Рисунок 2 - Графики зависимости горизонтальной составляющей усилия резания от скорости раскроя: / - кирза однослойная; 2 -полотно башмачное; 3 - саржа отбеленная; 4 - войлок

С использованием разработанного нами исследовательского комплекса Researcher, включающего ЭВМ, оптический датчик и программу обработки данных, исследованы кинематические параметры процесса вырубания в производственных условиях на прессе ATOM G999 SAB Компьютерная программа Researcher предназначена для получения, нормализации, сглаживания и сохранения эмпирических данных о перемещении ударника пресса и резака при вырубании. Установлено, что время прохождения лезвия резака сквозь кожу толщиной 2,4 мм составляет 0,1-0,15 с, в течение которого его скорость изменяется от 0,06м/с до нуля, а величина ее на порядок меньше скорости распространения деформации в подобном материале, что может являться причиной ухудшения качества резания, особенно при раскрое настилов текстильных материалов. Статистическая обработка экспериментальных значений максимальных скоростей перемещения консоли производилась с использованием разработанной нами программы. Оценка математического ожидания максимальной скорости для

хода вырубания составила 0,05976 м/с, для скорости обратного хода -0,084758 м/с. Нами также получено аналитическое описание (модель) процесса изменения скорости перемещения консоли при вырубании с применением математического аппарата интерполяции сплайнами (Рисунок 3)

V с м/с

Рисунок 3 - Смоделированная сплайнами зависимость скорости перемещения ударника от времени при вырубании детали из кожи низа толщиной 2,4 мм

В работе показано, что для оценки процесса резания с высокой скоростью можно использовать адаптированную аналитическую зависимость для «медленного» резания, учитывающую изменение основных параметров процесса: угла резания, геометрических характеристик лезвия, с учетом локального модуля деформации, который более полно отражает деформацию материала под режущей кромкой при увеличенной скорости резания.

Предложена расчетная модель, позволяющая оценить влияние скорости распространения деформации в материалах изделий из кожи на их взаимодействие с лезвием при резании Показано, что с использованием

элементов теории механического удара и реологических моделей материала можно приближенно оценить ударный эффект воздействия лезвия при резании на высоких скоростях

Для количественной оценки качества и стабильности выполнения технологических операций предложен коэффициент стабильности, определяемый как отношение числа операций, приведших к браку, к их общему числу. Показана возможность статистического моделирования методом Монте-Карло коэффициента стабильности выполнения операции вырубания в период нормальной эксплуатации пресса, когда поток отказов - простейший пуассоновский, а вероятность безотказной работы подчиняется экспоненциальному закону Полученные результаты моделирования технологической операции вырубания на прессе ATOM G999 SAB свидетельствуют об эффективности предложенного подхода. Спрогнозированы значения величин наработки на отказ и среднего времени восстановления.

Комплексный анализ факторов, влияющих на ход и результаты процесса резания лезвием, позволил дать рекомендации по совершенствованию операций вырубания. Разработанная программа рационального выбора параметров резаков в зависимости от вида раскраиваемого материала и материала плиты позволяет сократить затраты на технологическую подготовку производства.

Общие выводы по работе

1. Показано, что различия в существующих классификациях механического резания связаны с многообразием факторов, характеризующих процесс, определяющими из которых являются особенности кинематики взаимодействия лезвия режущего инструмента и материала. Разработана обобщенная классификация разновидностей механического резания, на основе которой применительно к производству обуви и кожгалантерейных изделий предложена сводная таблица разновидностей резания, поясненных схемами взаимодействия лезвия с материалом, видом (конфигурацией) линий реза и перечислением технологических операций, в которых соответ-

ствуюшее резание находит применение.

2. Разработана методика расчета кинематических параметров процесса взаимодействия ножей с наклонной режущей кромкой, применяемых в современных раскройных автоматах, с раскраиваемым материалом.

3. Выявлена связь между постоянными времени «быстрых» процессов при нагружении и релаксации кожи. Установлено, что основные показатели деформационных свойств анизотропного материала с вязко-упругими свойствами при сжатии могут быть определены на установке аЯЕЬАХа как при нагружении образца, так и при его релаксации. Определены величины скоростей распространения деформации в коже и системе (настиле) межподкладочной ткани при сжатии, что позволяет говорить о необходимости резания настилов с более высокими скоростями при прочих равных условиях с целью улучшения точности кроя и качества срезов

4 Предложена обобщенная расчетная модель силового взаимодействия резака с материалом для случая лезвия сложного профиля и дано аналитическое описание вытекающих из него частных случаев для других видов профилей лезвий.

5. Экспериментально оценено состояние режущей кромки лезвий новых и бывших в эксплуатации резаков из полосовой стали, влияющее на качество кроя и долговечность оборудования и оснастки. Предложен усовершенствованный метод определения и контроля величины затупления (остроты) режущей кромки лезвия, а также других геометрических параметров лезвий на основе компьютерной обработки их изображений, полученных сканированием.

6. Установлено, что зависимость работы вырубания от угла заострения (заточки) резака для анизотропных обувных материалов с наибольшей степенью точности описывается логарифмической и степенной функциями при больших толщинах данных материалов, и прямолинейной - для подобных материалов малых толщин. Зависимость для изотропных материалов носит прямолинейный характер Предложен метод описания зависимости силы резания от величины погружения лезвия в материал кубическими

сплайнами, реализованный в виде компьютерной программы

7 Показано, что процесс силового взаимодействия лезвия с материалом может рассматриваться как вероятностный и наряду с общепринятыми его количественными характеристиками допустимо использовать их оценки, применяя методы математической статистики и моделирования. Предложена статистическая модель силового взаимодействия лезвия и материала и разработана программа, реализующая методику моделирования.

8. Для процесса раскроя настилов обувных материалов подвижным ножом определены аналитические зависимости между горизонтальной составляющей усилия резания и следующими величинами: амплитудой колебания ножа; частотой колебания ножа; скоростью перемещения ножа (подачи материала).

9. Показано, что специфической особенностью механического резания является зависимость отдельных параметров рабочего инструмента и деформационных характеристик материала, что в конечном итоге, определяет зависимость параметров самого процесса от скорости резания, влияющую на производительность и безопасность труда, качество кроя, долговечность оснастки. Экспериментально оценены кинематические параметры процесса вырубания на прессе АТОМ (7999 SAB в производственных условиях. Определена скорость рубящего резания и получено аналитическое описание ее изменения во времени.

10 Разработан программный комплекс «ASPI» для графоаналитической и статистической обработки результатов экспериментальных исследований процессов резания. Разработана программа «.MCG-CLICKING» для статистического моделирования параметров силового взаимодействия лезвия и материала Разработан компьютерный комплекс <<Researcher», позволяющий получить объективную оценку кинематических параметров взаимодействия резака с материалом при вырубании в производственных условиях.

11 Предложена расчетная модель для оценки скорости распространения деформации в материалах изделий из кожи при резании Показано,

что с использованием элементов теории механического удара и реологических моделей материала можно приближенно оценить ударный эффект воздействия лезвия при высоких скоростях резания.

12,Обосновано использование коэффициента стабильности для оценки уровня качества и стабильности выполнения технологических операций резания. Произведено статистическое моделирование методом Монте-Карло операции вырубания на прессе А ТОМ G999 SAB.

13.Даны рекомендации по рациональному выбору и эксплуатации вырубочных прессов, резаков и оснастки. Разработана программа рационального выбора параметров резаков в зависимости от вида раскраиваемого материала и материала плиты.

14.Результаты работы имеют экономический эффект, выражающийся в увеличении долговечности режущих инструментов и оснастки, снижении временных затрат на технологическую подготовку производства.

Основные результаты исследований опубликованы в работах:

1. Абрамов В.Ф., Соколов В.Н., Татарчук И.Р., Литвин Е.В. Технология и моделирование процессов резания в швейном и обувном производстве. Монография. - М.: «КноРус», 2003.

2. Соколов В.Н., Бурмистров А.Г., Татарчук И.Р., Литвин Е.В., Оценка взаимосвязи процессов сжатия и релаксации кожи. Межвузовский сб. науч. трудов «Новые технологии. Наука и образование», №6. М., МГУДТ, 2003.

3. Соколов В.Н., Татарчук И.Р., Литвин Е.В., Костылева В.В. Исследование процесса раскроя материала. Автоматизация и современные технологии. - 2003. - №1.

4. Соколов В.Н., Татарчук И.Р., Литвин Е.В., Костылева В.В. Моделирование процесса вырубания обувных деталей.//Межвузовский сб. науч. трудов «Новые технологии. Наука и образование», №4. - М.: МГУДТ, 2002.

5. Соколов В.Н., Костылева В.В., Литвин Е.В., Татарчук И.Р. Иссле-

дование процесса вырубания обувных деталей. Межвузовский сб. науч. трудов «Новые технологии. Наука и образование», №4. М., МГУДТ, 2002.

6. Соколов В.Н , Костылева В.В., Литвин Е.В., Татарчук И.Р. Исследование процесса раскроя материалов подвижным ножом. Межвузовский сб науч. трудов «Новые технологии. Наука и образование», №4 М., МГУДТ, 2002.

7. Соколов В.Н., Абрамов В.Ф., Литвин Е.В., Татарчук И.Р. Применение теории механического удара к расчету взаимодействия лезвия и ма-териала//Вестник МГУДТ. - 2003. - Вып. 1 (43).

8. Соколов В.Н., Абрамов В.Ф., Литвин Е.В., Татарчук И.Р. Особенности расчета взаимодействия инструмента и материала при динамическом резании//Вестник МГУДТ. - 2003. - Вып. 1 (43).

Щ

Ротапринт дадг Заказ 26 Тирад - 70 экз„

11-542?

РНБ Русский фонд

2006-4 3756

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПРОЦЕССЫ РЕЗАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИМ

ИНСТРУМЕНТОМ МАТЕРИАЛОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ ОБУВИ И КОЖГАЛАНТЕРЕЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ.

1.1. Основные разновидности и особенности механического резания и режущих инструментов.

1.2. Характеристика операций механического резания и применяемого оборудования в производстве обуви и кожгалантерейных изделий.

1.3. Классификация процесса механического резания и его кинематика.

1.3.1. Существующие классификации и их базовые признаки.

1.3.2. Кинематика взаимодействия лезвий режущих инструментов с материалом при различных способах резания.

1.3.2.1. Общий случай резания режущим инструментом с продольной и торцевой режущими кромками.

1.3.2.2. Кинематика скользящего резания.

1.3.2.3. Кинематика процесса рубящего резания.

1.3.2.4. Кинематика процесса наклонного резания.

1.3.3. Кинематический расчет ножей с наклонной режущей кромкой.

1.3.4. Систематизация разновидностей механического резания в производстве обуви и кожгалантерейных изделий.

ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ

МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ОБУВИ И КОЖГАЛАНТЕРЕЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ, ПОДВЕРГАЕМЫХ ОБРАБОТКЕ РЕЗАНИЕМ.

2.1. Анализ механических (реологических) моделей, описывающих деформационные свойства материалов для обуви и кожгалантерейных изделий.

2.2. Методы исследования деформационных свойств обувных и кожгалантерейных материалов.

2.3. Исследование деформационных свойств кожи при сжатии.

2.4. Исследование свойств настилов обувных материалов при сжатии.

2.5. Исследование скорости релаксации кожи и ткани при сжатии.

ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА

СИЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛЕЗВИЯ С МАТЕРИАЛОМ.

3.1. Оценка параметров силового взаимодействия.

3.2. Обобщенная расчетная модель силового взаимодействия лезвия с материалом.

3.3. Оценка геометрических параметров лезвия.

3.3.1. Изнашивающее влияние на лезвие материалов и оснастки.

3.3.2. Анализ распределения напряжений в лезвии и материале при их взаимодействии.

3.3.3. Анализ показателей остроты лезвия. Способы их определения.

3.3.3.1. Анализ геометрических параметров лезвия, принимаемых за показатель притупления (остроты) режущей кромки.

3.3.3.2. Методы измерения показателя остроты (притупления) лезвия.

3.3.3.3. Способ измерения показателя остроты (притупления) лезвия на основе компьютерной обработки его изображения, полученного сканированием.

3.3. Исследование зависимости работы рубящего резания от угла заточки резака. Компьютерная программа обработки экспериментальных данных <<Л£Р/-А1ШРОКСИМАТОР».

3.4. Моделирование зависимости усилия рубящего резания от величины внедрения лезвия в материал. Компьютерная программа «ASPI-ИНСПЛАЙН».

3.5. Статистическое моделирование параметров силового взаимодействия лезвия и материала при рубящем резании. Компьютерная программа «MCG-Clicking».

3.6. Исследование процесса скользящего резания при раскрое материалов плоским подвижным ножом.

ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СКОРОСТИ РЕЗАНИЯ НА ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ РЕЗАНИЯ.

4.1. Особенности влияния скорости резания на процесс разделения материалов для обуви и кожгалантерейных изделий.

4.2. Исследование кинематики процесса вырубания на прессе.

4.2.1. Исследования скоростных параметров процесса вырубания на компьютерном комплексе Researcher.

4.2.2. Моделирование сплайнами процесса «медленного» (статического) рубящего резания (на примере операции вырубания деталей на прессе ATOMG.999 SAB).

4.3. Аналитическое описание и моделирование процессов «медленного» и «быстрого» резания.

4.3.1. Оценка параметров процесса «быстрого» (динамического) резания.

4.3.2. Оценка влияния скорости распространения деформации в материалах с упруго-вязкими и упруго-вязко-пластическими свойствами на их взаимодействие с лезвием при резании.

4.3.3. Применение теории механического удара к расчету взаимодействия лезвия и материала.

4.4. Моделирование и оценка стабильности выполнения технологической операции вырубания.

4.4.1. Методика оценки стабильности.

4.4.2. Статистическое моделирование стабильности выполнения технологической операции вырубания (на прессе А ТОМ G999 SAB).

4.5. Концепция оптимизации технологического процесса вырубания материалов на детали обуви и кожгалантерейных изделий. Компьютерная программа подготовки вырубочного производства.

4.5.1. Выбор параметров резаков.

4.5.2. Основные типы применяемых резаков.

4.5.3. Применяемые вырубочные плиты и колоды.

4.5.4. Программа технологической подготовки раскройного и вырубочного производства CPG {Cutter Profile Geometry).

ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ.

Большой удельный вес операций с применением процесса механического резания при обработке материалов в производстве обуви и кожгалантерейных изделий и, следовательно, величина энергетических и материальных затрат на подготовку и осуществление данных операций определяют актуальность их исследования и оптимизации на основе обобщения существующих и получения новых теоретических и экспериментальных данных [1, 2].

Основополагающей в теории механического резания продолжает оставаться задача наиболее полного описания процессов взаимодействия режущих кромок (лезвий) с обрабатываемыми материалами в аналитической форме, в которую непосредственным образом входили бы показатели физико-механических свойств этих материалов и основные технологические параметры управления процессом. Аналитическое описание процесса резания обувных материалов возможно лишь при выявлении взаимосвязи между следующими группами факторов, влияющих на ход процесса и определяющих его результаты: технологическими требованиями к процессу; деформационно-прочностными свойствами материала; типом и характеристиками режущего инструмента (оснастки) и оборудования; характером и параметрами деформационно-разрушающего воздействия; особенностями силового взаимодействия лезвия с объектом обработки.

Исследованию процесса механического резания материалов, применяемых в производстве обуви и кожгалантерейных изделий, посвящено достаточно большое количество научных работ, однако, вплоть до настоящего времени методы управления этим процессом недостаточно изучены, что негативно влияет на эксплуатацию и расчет соответствующего оборудования. По данному направлению исследований существуют лишь отдельные рекомендации, нуждающиеся в уточнении, дополнении и обобщении. Актуальной также является задача определения влияния основных технологических и конструктивных параметров оснастки и оборудования на качество обработанной режущим инструментом поверхности (или поверхности реза) и стабильность выполнения технологических операций механического резания. Важной задачей остается и исследование силовых факторов процесса резания, значительно влияющих на все элементы системы «объект обработки - лезвие - оборудование - технологическая среда».

Первые работы, посвященные исследованиям механического резания и режущего инструмента, относятся к началу 19 века. В них излагались результаты изучения процесса механической обработки металлов и вопросы стойкости резцов. Работы по исследованию процесса резания неметаллических материалов появились значительно позже и были посвящены в основном обработке древесины, а позднее - и сельскохозяйственных культур [3]. В нашей стране работы по изучению процесса механического резания материалов легкой промышленности проводились, начиная с 30-40-хх годов двадцатого века, в Центральном научно-исследовательском институте кожевенно-обувной промышленности, Московском технологическом институте легкой промышленности, Ленинградском политехническом институте, а также на некоторых передовых предприятиях того времени.

В работах отмечалось, что процесс резания волокнистого материала лезвием механического инструмента можно разделить на 3 этапа. Первый этап характеризуется деформацией сжатия волокон материала в направлении внедрения лезвия и деформацией растяжения в плоскости материала. Началу второго этапа соответствует механическая деструкция («разрыв») волокон под режущей кромкой лезвия. Такое «чистое» резание при дальнейшем углублении лезвия в материал начинает сопровождаться и в конечном счете сменяется сжатием волокон гранями лезвия с их расклиниванием в плоскости материала, что соответствует третьему этапу. Основываясь на таком представлении процесса, ухудшение качества среза волокнистых материалов повышенной толщины и плотности объяснялось образованием перед лезвием опережающего разрыва, распространяющегося по толщине материала. В качестве причин возникновения основных усилий сопротивления резанию назывались вытеснение и смещение участков материала под клином лезвия. Отсюда следует, что снижения величины усилий можно добиться уменьшением угла заострения режущего инструмента. Сведения о возрастании усилия резания с увеличением скорости воздействия лезвия на материал содержатся в работе И.И. Капустина [4].

Отмечалось также, что напряжения разрушения материала при так называемом статическом резании (при скрости резания, близкой к нулю) отличаются (у различных исследователей в большую или меньшую сторону) от напряжений, имеющих место при скоростных режимах резания (так называемое динамическое резание). Уже во второй половине 20 века ставилась задача определения рациональных геометрических параметров резаков для вырубочных прессов во взаимосвязи с установлением усилий резания и скорости их приложения [5]. Результатами проведенных работ являлись в основном эмпирические соотношения между некоторыми параметрами процесса резания, которые, однако, не всегда поддавались теоретическому анализу и зачастую противоречили друг другу.

Оценка усилия резания как одного из основных параметров взаимодействия лезвия с материалом и влияние на величину усилия таких факторов как свойства объекта обработки и геометрия лезвия произведена И.И. Капустиным [4]. В его работе впервые показано, что усилия, возникающие при внедрении лезвия в материал, зависят от физико-механических свойств и толщины последнего, а также от величины затупления режущей кромки, угла заточки лезвия резака и его фрикционных свойств. При увеличении величины затупления кромки лезвия от 0,1 до 0,5 мм усилия резания увеличивались в 3,5 раза, а при изменении угла заострения (заточки) с 10 до 30° - в 1,8 раза. При этом в работе указывается, что чрезмерное уменьшение данных параметров резака ведет к значительному снижению его стойкости.

Относительное снижение исследовательского интереса к процессам механического резания в легкой промышленности в 70—90-хх гг. двадцатого века было связано с совершенствованием соответствующего оборудования и режущих инструментов, в основном зарубежного производства, позволившим значительно улучшить качество обработки материалов резанием. В частности, повышение мощности вырубочных прессов и появление полимерных вырубочных плит (колод) позволило решить задачу неполного прорубания материала (настила) и обеспечить в большинстве случаев требуемую чистоту среза за счет повышения усилия резания и частичного внедрения резака в плиту. Применение готовой предварительно обработанной импортной полосовой стали для резаков, казалось бы, сняло проблему определения рациональной геометрии их лезвий в зависимости от вида материала. Однако использование более совершенных конструкций оборудования и оснастки со временем поставило перед предприятиями новые проблемы, связанные как с выбором оптимальных для конкретных задач (определенных типов материалов) параметров режущих инструментов и оборудования из всего многообразия, представленного в настоящее время на рынке, так и с повышением надежности [6] и стабильности их функционирования при сохранении качества резания и максимальном снижении затрат на проведение технологических операций.

Таким образом, актуальность исследования определена в значительной степени тем, что для современных экономических условий характерно функционирование большого числа конкурентоспособных обувных и кожгаланте-рейных предприятий, быстро реагирующих на изменение потребительского спроса. При этом для большинства из таких предприятий в нашей стране характерным продолжает оставаться наличие «старого наследия» в виде высокой доли оборудования с большими сроками эксплуатации и отсутствием средств для обновления его парка и приобретения комплектующих высокой стоимости, недостаточно развитой ремонтной базы, отсутствия инженерных знаний.

Следовательно, оптимизация выполнения технологических операций механического резания и, в особенности, раскройных операций, составляющих среди них значительную долю, требует решения задач по обеспечению соответствующего технологического и технического уровня процесса производства и, как следствие, его стабильности. Среди путей решения данной проблемы - разработка и внедрение рекомендаций и мероприятий, обеспечивающих требуемые условия взаимодействия в системе «материал — лезвие и оснастка — оборудование—технологическая среда».

Актуальность исследования. Большой удельный вес операций с применением механического резания в производстве обуви и кожгалантерейных изделий и, следовательно, величина затрат на подготовку и осуществление соответствующих технологических операций определяют актуальность их исследования и совершенствования на основе обобщения существующих и получения новых теоретических и экспериментальных данных.

Основополагающей в теории резания продолжает оставаться задача аналитического описания взаимодействия режущих инструментов с обрабатываемыми материалами, учитывая показатели их физико-механических свойств и основные технологические параметры управления процессом. Технология резания определяется, с одной стороны, разновидностью режущего инструмента, а с другой - видом и свойствами обрабатываемого материала, влияющими на выбор этого инструмента.

Механическое резание обусловлено сложным взаимодействием лезвия инструмента с материалом в определенной технологической среде. Анализ технологических процессов на предприятиях обувной и кожгалантерейной промышленности показал, что оборудование с механическими режущими инструментами образует устойчивую группу технических средств, с использованием которых производится раскрой материалов на детали и их обработка. Есть все основания полагать, что такое положение сохранится и в будущем. Это свидетельствует об актуальности проведения работ, направленных на совершенствование режущих инструментов и устройств технологических операций резания для расширения их технологических возможностей, повышения работоспособности, производительности труда и качества резания.

Работа выполнялась в рамках научно-технических исследований кафедры технологии изделий из кожи Московского государственного университета дизайна и технологии по проблеме «Развитие научных основ конструирования и технологии производства швейных изделий и изделий из кожи с применением информационных систем и новых материалов».

Объектом исследования является процесс механического резания материалов с упруго-вязкими свойствами, применяемых для изготовления обуви и кожгалантерейных изделий. Предметом исследования являются технологические операции с использованием вырубания деталей резаками на прессах и раскроя настилов материалов на детали подвижным плоским стержневым ножом, характеризуемые взаимодействием лезвия (режущей кромки) с объектом обработки (материалом или настилом).

Целью исследования является повышение качества выполнения технологических операций механического резания за счет совершенствования процессов взаимодействия режущих инструментов с материалами на основе разработки аналитического описания процессов и создания программного обеспечения. Для реализации цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

- изучен и обобщен имеющийся научный опыт по тематике исследования, выявлены качественные и количественные характеристики процесса механического резания, обусловливающие его разновидности и результаты, предложена классификация разновидностей механического резания;

- произведен анализ физической сущности и основных закономерностей механического резания с позиций оценки особенностей кинематики и силового взаимодействия в системе «материал - лезвие — оборудование»;

- проведены эмпирические исследования деформационных свойств материалов и процессов их взаимодействия с режущими инструментами с последующим анализом данных, их статистической и графоаналитической обработкой;

- получены расчетные аналитические выражения и математические модели для определения кинематических и силовых показателей процесса резания обувных и кожгалантерейных материалов с учетом особенностей их свойств при различных параметрах взаимодействия в системе «материал - лезвие -оборудование»;

- разработано программное обеспечение графоаналитической и статистической обработки данных, моделирования процесса резания и определения рациональных параметров режущих инструментов;

- разработаны методики: определения деформационных свойств материалов при сжатии методом релаксационной спектрометрии, расчета кинематических параметров процесса взаимодействия с материалом ножей раскройных автоматов с наклонной режущей кромкой, компьютерной оценки геометрических параметров лезвий режущих инструментов и оценки их износа, моделирования процесса взаимодействия лезвия и материала;

- разработаны и апробированы метод и компьютеризированный комплекс исследования кинематики процесса вырубания деталей на прессах;

- обобщены результаты исследований и сформулированы научно-практические основы исследования и моделирования процессов взаимодействия лезвия с объектом обработки, разработаны рекомендации по их аналитическому описанию и совершенствованию.

Методы исследования. Исследование базируется на комплексном подходе к изучению механического резания с использованием: положений теории резания и основ реологии; существующих и новых методик эмпирических исследований, в том числе релаксационной спектрометрии, полуцикловых испытаний материалов на разрушение рубящим и скользящим резанием, сжатием и растяжением, одноцикловых испытаний на сжатие и др.; численных методов графоаналитической обработки данных на ЭВМ; методов математического моделирования и математической статистики; разделов технологии и материаловедения изделий из кожи, а также синтеза технологических решений, направленных на совершенствование исследуемых операций.

Технические средства решения задач. Для решения поставленных задач использованы следующие технические средства:

- ЭВМ и исследовательское периферийное оборудование (оптический датчик, микроскоп, сканер);

- установка «Relax»;

- копер для исследования процесса рубящего резания;

- стенд для исследования процесса резания плоским подвижным ножом;

- технологическое оборудование ЗАО МОФ «Парижская коммуна» (вы-рубочный пресс ATOM G999 SAB).

Научная новизна работы заключается в:

- получении новых экспериментальных данных о деформации материалов и их систем при сжатии и скорости распространении в них деформации;

- разработке обобщенной классификации разновидностей механического резания на основе особенностей кинематики взаимодействия режущего инструмента и материала;

- предложенной методике расчета параметров взаимодействия ножей с наклонной режущей кромкой с раскраиваемым материалом;

- получении аналитических зависимостей работы рубящего резания от величины угла заострения лезвия и горизонтальной составляющей силы резания от амплитуды, частоты колебаний подвижного ножа, а также скорости раскроя;

- разработке методики аналитического описания зависимости силы рубящего резания от величины проникновения лезвия в материал;

- разработке методики статистического моделирования силовых параметров процесса рубящего резания;

- разработке методик применения стандартных периферийных компьютерных устройств для исследования геометрических параметров лезвий режущих инструментов, а также кинематики процесса взаимодействия резака с материалом и оснасткой при вырубании;

- получении аналитического описания процесса силового взаимодействия лезвий резаков различных профилей с материалом (настилом);

- разработке модели скорости распространения деформации в материале при воздействии на него лезвия с различной скоростью.

Практическую значимость исследования составляют: полученные данные по оценке кинематики и силового взаимодействия режущих инструментов с материалом, разработанные методики проведения исследований и обработки экспериментальных данных, оценки геометрических параметров лезвий, их износа и показателей стабильности выполнения операций, которые необходимы для совершенствования оборудования и оснастки и проектирования нового оборудования, технологических и машинных рабочих процессов; разработанная компьютеризированная система Researcher, позволяющая исследовать кинематические параметры процесса вырубания в производственных условиях; разработанная программа CPG, позволяющая сократить временные затраты на технологическую подготовку вырубочного и раскройного производства.

Результаты работы и их реализация. Исследования проведены в лабораториях кафедры технологии изделий из кожи Московского государственного университета дизайна и технологии, на ЗАО МОФ «Парижская коммуна». В работе даны новые научно-практические сведения о процессе и технологических операциях механического резания, включающие прошедшие статистическую обработку эмпирические данные, предложенные расчеты и разработанные модели, а также созданное программное обеспечение:

- программный комплекс аппроксимации, интерполяции и статистической обработки эмпирических данных («ASPI», разработан при участии И.Р. Татарчука);

- программу статистического моделирования параметров процесса механического резания («MCG-Clicking»);

- компьютеризированную систему исследования кинематических параметров процесса вырубания («Researcher», разработана совместно с И.Р. Татар-чуком);

- программу рационального выбора геометрических параметров резаков (CPG).

Полученные результаты внедрены на ЗАО МОФ «Парижская коммуна» и в учебный процесс на кафедре «Технология изделий из кожи» Московского государственного университета дизайна и технологии.

Апробация. Результаты работы докладывались и получили положительную оценку на заседаниях кафедры ТИК МГУДТ, Всероссийской отраслевой научно-практической конференции «Пути повышения конкурентоспособности товаров легкой промышленности и совершенствования процессов их производства» (Москва, ВВЦ, 22 сентября 2004 г.). Результаты исследований внедрены в учебный процесс на кафедре технологии изделий из кожи МГУДТ: под грифом УМО опубликован учебник «Технологические процессы производства изделий легкой промышленности. Часть I. (В.Ф.Абрамов, В.В.Костылева, Е.В.Литвин, В.Н.Соколов, И.В.Соколов, И.Р.Татарчук, В.А.Фукин; под ред. В.А.Фукина. -М.: «КноРус», 2003), рекомендованный УМО Легпром для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров 55.39.00 -«Технология, конструирование изделий и материалы легкой промышленности».

Публикации. Теоретические предпосылки исследований и их результаты отражены в семнадцати печатных работах. Основные положения проведенных исследований опубликованы в восьми печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов по каждой главе и по работе в целом, списка использованной литературы, приложений. Объем диссертации составляет 231 страницу, включая 90 рисунков, 31 таблицу, список литературы из 104 библиографических наименований.

14.Результаты работы имеют экономический эффект, выражающийся в увеличении долговечности режущих инструментов и оснастки, снижении временных затрат на технологическую подготовку производства.

1. Абрамов В.Ф., Соколов В.Н., Татарчук И.Р., Литвин Е.В. Технология и моделирование процессов резания в швейном и обувном производстве. Монография. М.: «КноРус», 2003.

2. Базюк Г.П. Резание и режущий инструмент в швейном производстве. Легкая индустрия. М., 1980.

3. Горячкин В.П. Собрание сочинений, т. IV. М., Сельхозгиз, 1940.

4. Капустин И.И. Резание и режущий инструмент (в кожевенном и обувном производстве). М.: Гизлегпром, 1950.

5. Толочко В.И. Исследование процессов разруба жестких кожматериа-лов и их заменителей. Дис. .канд. техн. наук: МТИЛП. М., 1959.

6. Павлович А.Г. Повышение надежности рабочего инструмента и оснастки вырубных прессов. Дис. .канд. техн. наук: МТИЛП. М., 1996.

7. Материалы семинара «Компьютерные технологии и дизайн в производстве обуви». Москва, 22.10.2004 г.

8. Анастасиев А.А., Архипов Н.Н. и др. Машины, машины-автоматы и автоматические линии легкой промышленности. — М.: «Легкая и пищевая промышленность», 1983.

9. Резник Н.Е. Теория резания лезвием и основы расчета режущих аппаратов. М.: «Машиностроение», 1975.

10. Драгилев И.Г. Разработка и исследование устройств агрегата для автоматизированного раскроя настилов текстильных материалов: Дис. .канд. техн. наук: МТИЛП. М., 1984.

11. Технологические процессы производства изделий легкой промышленности. Часть I./B.Ф.Абрамов, В.В.Костылева, Е.В.Литвин, В.Н.Соколов, И.В.Соколов, И.Р.Татарчук, В.А.Фукин; под ред. В.А.Фукина. М.: «КноРус», 2003.

12. Архипов Н.Н., Карпачев П.С и др. Основные процессы, машины и аппараты легкой промышленности. М.: Изд. Науч.-техн. литературы РСФСР,1961.

13. Проспект фирмы «Teseo» (Италия), 2000.

14. Рейнер М. Реология. М.: «Наука», 1965.

15. Петропавловский Д.Г. Релаксация деформации растяжения тканей при изготовлении и эксплуатации швейных изделий. Дис. .канд. техн. наук: МТИЛП.-М., 1983.

16. Безухов Н. И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. -М: «Высшая Школа», 1961.

17. Самуль В. И. Основы теории упругости и пластичности. М.: Высш. Школа, 1982;

18. Вильдеман В. Э., Ташкинов А. А., Соколкин Ю. В. Механика неупругого деформирования и разрушения композиционных материалов. М.: «Наука» 1997.

19. Фрейденталь А., Гейрингер X. Математические модели теории неупругой сплошной среды. М.: Гос. Изд. Физико-математической литературы,1962.

20. Алфей Т. Механические свойства высокополимеров. М.: Издатинлит,

21. Майзель М.М., Квяткевич И.К., Пин П.Г. Машины и аппараты кожевенного и мехового производства. М., «Гизлегпищепром», 1950.27.0собов В.И. Теоретические основы уплотнения волокнистых растительных материалов. М., труды ВИСХОМа, вып. №55, 1967.

22. Кукин Т.Н., Соловьев А.Н. Текстильное материаловедение. М., 1967.

23. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. М.: «Наука», 1974.

24. Регель В.Р., Черный Н.Н. Высокомолекулярные соединения. 4, 1963; Регель В.Р. Высокомолекулярные соединения. 6, 1964.

25. Регель В.Р. Физическая природа хрупкого разрушения металлов. Киев: «Наукова думка», 1965.

26. Никитин А.А., Костылева В.В., Соколов В.Н., Татарчук И.Р., Литвин Е.В., Бошкарева Ю.В. Исследование свойств пакетов обувных материалов при многоосном растяжении/ЛСожевенно-обувная промышленность. 2003 -№ 5.

27. Жихарев А. П. Свойства материалов. Учебное пособие. М.: МГУДТ,2000.

28. Островский К. Ю., Григоровский С. А., Островский Ю. К. Датчик перемещения для измерения релаксционных характеристик. //Кожевенно-обувная промышленность. 1999 - №3.

29. Бурмистров А. Г,. Чурсин В. И., Манукян А. М. Автоматизация контроля деформационных свойств кожи на установке «RELAX».//Кожевенно-обувная промышленность. 2000 - №4.

30. Бурмистров А. Г., Кочеров А. В. Оценка качества кожеподобных материалов по их релаксационным характеристикам на компьютерной установке «RELAX». М.: МГАЛП, 1996.

31. Бурмистров А.Г. Новый метод испытаний релаксационных свойств кожи на установке «RELAX». Радом (Польша): «Политехника», 2001.

32. Жагрина И.Н. Разработка метода и исследование деформационных свойств систем материалов обуви. Дис. .канд. техн. наук: МТИЛП. 1998.

33. Куприянов М.П. Деформационные свойства кожи для верха обуви (монография). М.: изд-во «Легкая индустрия», 1969.

34. Коваль Ю.И. Исследование напряженно-деформированного состояния деталей обувной заготовки и совершенствование рабочих органов затяжных машин. Дис. .канд. техн. наук: МТИЛП., 1982.

35. Соколов В.Н., Бурмистров А.Г., Татарчук И.Р., Литвин Е.В., Оценка взаимосвязи процессов сжатия и релаксации кожи. Межвузовский сб. науч. трудов «Новые технологии. Наука и образование», №6. М., МГУДТ, 2003.

36. Соколов В.Н., Татарчук И.Р., Литвин Е.В., Костылева В.В. Исследование процесса раскроя материала. Автоматизация и современные технологии. — 2003.-№1.

37. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: «Высшая школа», 2003.

38. Амирханов Д.Р. Исследование процесса вырубания деталей из настила ткани .//Швейная промышленность. -1974 -№5.

39. Амирханов Д.Р., Баканов Н.И., Капустин И.И. Исследование основных технологических параметров вырубочных прессов и режущего инструмента для раскроя деталей швейных и трикотажных изделий./ЯПвейная промышленность. 1967 -№3.

40. Корнилов В.П. Исследование процессов резания деталей низа обуви. Дис. .канд. техн. наук: МТИЛП. М., 1963.

41. Нарисава И. Прочность полимерных материалов. Под ред. проф. Еко-бори Т. Перевод с японского Товмасяна Ю.М. М.: «Химия», 1987.

42. Вальщиков Н.М., Зайцев Б.А., Вальщиков Ю.Н. Расчет и проектирование машин швейного производства. Л.: «Машиностроение», 1973.

43. Лебедев B.C. Основные процессы, машины и аппараты предприятий бытового обслуживания. М.: «Легкая индустрия», 1976.

44. Резник Н.Е. Силосоуборочные комбайны. М.: «Машиностроение»,

45. Соколов В.Н., Татарчук И.Р., Литвин Е.В., Костылева В.В. Моделирование процесса вырубания обувных деталей.//Межвузовский сб. науч. трудов «Новые технологии. Наука и образование», №4. М.: МГУДТ, 2002.

46. Андерсон Т. Visual Basic. Перевод с английского. — М.: «Издательство Бином», 1999.

47. Хальворсон М. Microsoft Visual Basic 6.0/ Шаг за шагом. Перевод с английского. М.: «Издательство ЭКОМ», 2001.

48. Повышение износостойкости и долговечности режущих элементов сельскохозяйственных машин//под ред. Н.Е. Резника. Минск, 1967.

49. Резник Н.Е. Поляризационно-оптический метод исследования взаимодействия лезвия с материалом//Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1973 - №1.

50. Горячкин В.П. Собрание сочинений. Под ред. Н.Д. Лучинского. Изд. 2-е, т. III. М.: «Колос», 1968.

51. Клементьев Н.В. Приспособления для заточки ножей, измельчающих аппаратов силосоуборочных и кукурузоуборочных комбайнов. М.: «Машиностроение», 1968.

52. Желиговский В.А. Экспериментальная теория резания лезвием. М.: труды МИМЭСХ, вып. №9, 1940.

53. Сизов О.А. Исследование процессов взаимодействия лезвия сельскохозяйственных ножей с разрезаемым материалом: Автореф. дис. .канд. техн. наук. М., 1971.

54. Бершадский А.Л. Резание древесины. -М.: Гослесбумиздат, 1958.

55. Новиков Ю.Ф. Теория и расчет режущего аппарата для уборки грубо-стебельных лубяных культур.//Сб. ВИСХОМа. 1957. - Вып.11.

56. Калинин Д.М. Режущий инструмент в деревообработке. М.: Гослес-техиздат, 1935.

57. Демьяновский К.И. Износостойкость инструмента для фрезерования древесины. -М.: «Лесная промышленность», 1968.

58. Рыбалко B.C. Износ и затупление инструмента при фрезеровании дре-весины//Новое в технике эксплуатации дереворежущего инструмента. М.: Гослесбумиздат, 1956.

59. Соколов В.Н., Костылева В.В., Литвин Е.В., Татарчук И.Р. Исследование процесса вырубания обувных деталей. Межвузовский сб. науч. трудов «Новые технологии. Наука и образование», №4. М., МГУДТ, 2002.

60. Марченко А.И., Марченко Л.А. Программирование в среде Turbo Pascal 7.0. -М.: Бином-Универсал, 1999.

61. Драгилев И.Г. Разработка и исследование устройств агрегата для ав-томатизированнного раскроя текстильных материалов. Дис. .канд. техн. наук: МТИЛП. 1984.

62. Соколов В.Н., Костылева В.В., Литвин Е.В., Татарчук И.Р. Исследование процесса раскроя материалов подвижным ножом. Межвузовский сб. науч. трудов «Новые технологии. Наука и образование», №4. М., МГУДТ, 2002.

63. И.В. Можаев. Сопротивление жесткой кожи и ее заменителей прорубанию на прессе «Революцион» марки ПР-12 и анализ его работы. Дис. .канд. техн. наук: МТИЛП. 1940;

64. М.Н. Шульман. Многослойный разруб обувных материалов. Дис. . канд. техн. наук: МТИЛП. 1941.71.3яблов В.А. Основы теории технологического процесса резания в режущих аппаратах кормоприготовительных машин//Науч. труды ВИЭСХ. Т. 14. -М.: 1964.

65. Сведения о фирме «Gerber»//'Model Techniques (Франция). 1986 -№568.

66. Системы автоматического раскроя фирмы «Lectra» (Франция).

67. Оборудование для раскроя объемных материалов. Проспект фирмы «Teva Technical (Финляндия).

68. Соколов В.Н., Абрамов В.Ф., Литвин Е.В., Татарчук И.Р. Применение теории механического удара к расчету взаимодействия лезвия и материа-ла//Вестник МГУДТ. 2003. - Вып. 1 (43).

69. Шенин П., Коснар М., Гардан И., Робер Ф., Робер И., Витомски П. Математика и САПР. Книга 1. Основные методы. Перевод с французского Чигирь С. Д. М.: Мир, 1988.

70. Соколов В.Н., Абрамов В.Ф., Литвин Е.В., Татарчук И.Р. Особенности расчета взаимодействия инструмента и материала при динамическом реза-нии//Вестник МГУДТ. 2003. - Вып. 1 (43).

71. Хайкин С.Э. Физические основы механики. М.: Гос. Изд-во физ-мех литературы, 1963.

72. Миненков Б.В., Стасенко И.В. Прочность деталей из пластмасс. М.: «Машиностроение», 1977.

73. Степин П.А. Сопротивление материалов. М.: «Высшая школа», 1988.

74. Пановко Я.Г. Введение в теорию механического удара. М.: «Наука»,1977.

75. Абрамов В.Ф. Разработка и исследование режущей головки раскройных агрегатов в легкой промышленности. Дис. .канд. техн. наук: МТИЛП. -1989.

76. Решетов Д.Н., Иванов А.С., Фадеев В.З. Надежность машин. М.: «Высшая школа», 1988.

77. Проников А.С. Надежность машин. М.: «Машиностроение», 1978.

78. Надежность технических систем. Справочник//под ред. М.И. Ушаковой.-М., 1985.

79. Вентцель Е.С., Овчаров А.А. Теория вероятностей и ее инженерное приложение.-М.: «Наука», 1985.

80. Вентцель Е.С. Исследование операций: задачи, принципы, методология. М.: «Дрофа», 2004.

81. Кошель И.В. Подготовительно-раскройное производство кожгалантерейных предприятий. -М.: «Легкая и пищевая промышленность», 1983.

82. Kent Allen. How to get more control over your set-up times. Summer 1998 Issue of DDIN International issue #49.

83. John Bastable. Improve your cutting techniques//DDIN-North America Issue #11, May 1989

84. Robert A. Larson. The case of the cookie cutter. Part 1: The «black art» of diecutting and diemakingUDDINNorth America Issue #21, October 1991.

85. Robert A. Larson. The case of the cookie cutter. Part 4: Cutting surfaces: «into» and «ontov>IIDDIN-North America — Issue # 25, August 1992.

86. Фукин В.А., Костылева B.B. Оснастка раскройного и вырубочного производства для изготовления изделий из кожи. Вырубочные плиты. Амортизаторы. (Учебное пособие)-М.: МГУДТ, 1988.

87. Инструкция по эксплуатации пресса ATOMG 999 SAB (Италия).

88. Электрогидравлический пресс ПВГ-8 для вырубки деталей верха обуви. Паспорт и руководство по эксплуатации. Орел - 1968.

89. Комиссаров А.И., Жуков B.B., Никифоров B.M., Сторожев B.B. Проектирование и расчет машин обувных и швейных производств. М.: «Машиностроение», 1978.

90. Аль Адван Исмаил. Исследование вырубного пресса траверсного типа с целью повышения его технического уровня. Дис. .канд. техн. наук: МГАЛП. 1996.

91. Прессы электрогидравлические консольные с поворотным ударником марок ПКП-10, ПКП-16. Руководство по эксплуатации. Орел, 1990.

92. Кошель И.В. Направления совершенствования технологии и оборудования для раскроя материалов. М.: 1978.

93. Hyp Абделькадер. Динамическое нагружение рабочих органов вырубных прессов. Дис. .канд. техн. наук: МТИЛП. 1990.

94. Allen S. Gurka, Cutting Polyesters and Polycarbonates with Steel Rule DiesllDDIN International Issue January, 1999.