автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка и исследование точечного инструмента с абразивным напылением для раскроя материалов

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 НАПРАВЛЕНИЕ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Анализ ТМРИ.

1.2 Объект исследования - схемы ТМРИ и схемы раскройных устройств.

1.3 Особенность процесса микрорезания настила текстильных и им подобных материалов.

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 2 МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО

РАСКРОЙНОГО ИНСТРУМЕНТА И РАСКРОЙНЫХ УСТРОЙСТВ.

2.1 Анализ способов образования режущей поверхности точечного инструмента.

2.2 Особенность обработки материалов абразивным инструментом.

2.3 Рекомендации по структуре и способу изготовления режущего слоя точечного механического раскройного инструмента (ТМРИ).

2.4 Аналитические зависимости для определения параметров раскройного устройства барабанного типа.

2.5 Методы расчета предельно-допустимого значения диаметра барабана раскройного устройства.

2.6 Учет переменных напряжений при определении параметров раскройных устройств.

2.7 Оценка долговечности раскройных ножей.

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТМРИ.

3.1 Цель и задачи исследования.

3.2 Описание экспериментальной установки.

3.3 Методика проведения эксперимента.

3.4 Анализ результатов эксперимента.

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 4 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОЗДАНИЮ РАСКРОЙНОГО АГРЕГАТА

С ТМРИ СТРУННОГО ТИПА.

4.1 Агрегат с ТМРИ для раскроя настилов из тканей и им подобных материалов.

4.2 Разработка методики и программ раскроя для агрегата с ТМРИ и их сравнительный анализ.

4.3 Устройство для раскроя материалов со струнным ТМРИ с управляемым шагом барабанов.

Цель работы. Разработка научно-технических вопросов для создания точечного механического раскройного инструмента (ТМРИ) и раскройных устройств с его применением.

Объект исследования. Механический раскройный инструмент и устройства для раскроя тканей и им подобных материалов в производствах товаров широкого потребления.

Актуальность работы. Определяется потребностью в совершенствовании механического раскройного инструмента (МРИ), который является основным в устройствах для раскроя тканей и им подобных материалов в производстве изделий широкого потребления.

Широкое использование МРИ сохранится в ближайшем будущем в силу его традиционности, надежности, простоты в эксплуатации, относительной дешевизны. МРИ является также основным используемым в автоматизированном раскройном оборудовании.

Одним из направлений развития МРИ, представляющее теоретический и практический интерес, является создание ТМРИ, который позволит объединить преимущества механического раскроя и раскроя с использованием лучей лазера, плазменных горелок, струй воды под давлением. При этом под ТМРИ понимаются раскройные ножи, которые при проецировании на плоскость настила дают "пятно" малого сечения — условную точку.

Создание таких ножей позволит раскраивать большой диапазон тканей и им подобных материалов, в том числе материалов с большим сопротивлением резанию, ликвидировать операции по заточке и правке ножей, повысить их долговечность. Использование ТМРИ в автоматизированном раскройном оборудовании позволит упростить его конструкцию и программу управления, за счет уменьшения числа необходимых движений ножа при раскрое.

Задачи исследования.

1. Анализ технической и патентной литературы и раскройных устройств, применяемых в производстве изделий широкого потребления и направления их совершенствования.

2. Разработка предложений по использованию ТМРИ и схем раскройных устройств.

3. Разработка методов расчета, определение параметров и режимов работы раскройного инструмента и устройств.

4. Экспериментальная проверка расчетных выводов и определение необходимых данных для разработки предложений и рекомендаций по созданию ТМРИ и раскройных устройств.

5. Анализ и рекомендации по способам изготовления ТМРИ.

6. Разработка научно-технических предложений и рекомендаций по созданию ТМРИ и раскройных устройств.

Методы исследования. В работе сочетаются теоретические и экспериментальные методы исследования. Исследования выполнены с использованием положений механики, сопротивления материалов, высшей и прикладной математики, математической статистики, а также методов программирования.

Экспериментальные исследования проводились с использованием методов и аппаратуры для тензометрирования, математической статистики и др.

Для проведения исследований были разработаны и изготовлены экспериментальные стенды.

В работе использовалась вычислительная техника.

Научная новизна и практическая полезность работы. Научная новизна работы заключается в разработанных методах проектирования и расчета ТМРИ струнного типа и раскройных устройств, в определении их рациональных параметров и режимов работы, в разработке программы функционирования раскройного устройства с ТМРИ.

Практическая полезность — в разработке технических предложений и рекомендаций по созданию ТМРИ и раскройных устройств.

Реализация результатов работы. Предполагается при разработке технических решений и макетов ТМРИ и их экспериментальной проверке в лабораторных условиях. В рекомендациях по созданию устройств с ТМРИ.

Апробация работы. Основные результаты и рекомендации диссертационной работы были доложены, обсуждены и получили положительную оценку на кафедре МАЛП МГУДТ, на научно-технической конференции, проходившей в Москве 2-4 октября 1997, посвященной 850-летию города, и на научно-технической конференции, проходившей в Санкт-Петербурге 15-17 апреля 1998 года, посвященной 60-летию механического факультета СПГУДТ и на международной научно-технической конференции: "Актуальные проблемы науки, техники и экономики легкой промышленности".

По теме данной работы в различных печатных изданиях опубликовано 6 статей (3 статьи в сборниках научных трудов и 3 статьи в научно-популярном журнале "Автоматизации и современные технологии").

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключение по работе, списка литературы и приложений. Работа изложена на 134 страницах, включая 36 рисунков, 15 таблиц и 5 приложений.

ВЫВОДЫ

1. В качестве реализации ТМРИ струнного типа целесообразно использовать предложенную схему агрегата.

2. В сравнении с существующими агрегатами для автоматизированного раскроя, предлагаемый агрегат имеет более простое устройство за счет уменьшения числа управляемых движений раскройного ножа.

3. Общее время раскроя при одинаковых параметрах скорости резания и скорости подачи, в случае раскроя плоскостным ножом значительно увеличивается, чем при использовании ТМРИ.

4. При использовании ТМРИ время написания программы и ее объем уменьшается и упрощается зык программирования.

5. Как дальнейшее развитие раскройных агрегатов с ТМРИ предложена схема агрегата с управляемым шагом ведущих барабанов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАБОТЕ

Анализ оборудования для раскроя тканей и им подобных материалов показал, что в настоящее время основным режущим инструментом является механический раскройный инструмент. Этот инструмент используется при ручном и автоматизированном раскрое.

Есть все основания полагать, что механический раскройный инструмент остается основным и в ближайшем будущем, то делает его совершенствование актуальным.

Проведенный анализ технической и патентной литературы показал, что одним из направлений развития механического раскройного инструмента является создание точечного механического раскройного инструмента (ТМРИ), который позволит совместить преимущества механического инструмента и новых способов раскроя (лучом лазера, плазменным резцом, струей воды под высокий давлением).

Такой инструмент позволит, также значительно упростить конструкцию автоматизированных раскройных агрегатов, уменьшить объем программы управления работой агрегата и затраты времени на составление программы.

В работе рассмотрены варианты исполнения ТМРИ и даны рекомендации по структуре ножа и способам изготовления его режущего слоя.

Работа была выполнена на базе патента РФ №2127340 от 10.03.99 "Устройство для раскроя настилов полотен материала", заявитель МГАЛП, в котором ТМРИ предложено выполнять в виде натянутой струны с режущим слоем, образованным зернами твердого сплава, либо алмазной крошкой.

Предложен метод и аналитические зависимости для расчета силы резания применительно к указанному инструменту.

Найдены аналитические зависимости, связывающие параметры ТМРИ струнного типа, раскройного устройства и раскладки (линии резания), позволяющие определять рациональные параметры ТМРИ и раскройных устройств и выполнять программирование работы системы управления рабочими перемещениями ножа при раскрое.

Предложены методы расчета предельно допустимых значений параметров ведущих барабанов раскройного устройства с ТМРИ струнного типа и даны рекомендации по учету переменных напряжений при работе ножа.

Предложены показатели и проведена оценка требуемой долговечности раскройных ножей в условиях их применения для автоматизированного раскроя.

В качестве показателей долговечности были использованы суммарная длина линии резания ножом и общее время его работы до полного износа. Эти показатели позволяют непосредственно связать долговечность раскройного ножа с объемом выполненной работы до прихода ножа в предельно допустимое состояние. Указанные показатели долговечности определены для основных типов тканей (настилов), используемых для производства одежды.

Разработана экспериментальная установка и выполнено исследование макета ТМРИ. Эксперимент показал работоспособность ТМРИ при его движении как с переменной, так и с постоянной скоростью. Установлено, что увеличение средней линейной скорости ножа от 2 до 3,5 м/с приводит к уменьшению усилия резания в 1,5 (хлопчатобумажная ткань), 1,4 раза (шерстяная ткань); 1,4 раза (джинсовая ткань), увеличение скорости подачи от 0,6 до 3 м/мин при раскрое тканей, приводит к увеличению нормальной составляющей силы резания в 2 раза (хлопчатобумажная ткань), 2,3 раза (шерстяная ткань); 2,6 раза (джинсовая ткань).

Предложены схемы режущих устройств и раскройного агрегата с

ТМРИ.

121

Разработана методика и пример программы раскроя для агрегата с ТМРИ. Выполнен сравнительный анализ указанной программы и программы для случая раскроя консольным пластинчатым ножом. Показано, что время разработки и объем управляющих программ при использовании ТМРИ значительно уменьшаются. В рассмотренном примере объем программы при использовании ТМРИ уменьшился в 1,5 - 2 раза.

По результатам работы на одно из технических решений раскройного устройства оформляется заявка на получение патента РФ.

1. Анализ потребности швейной отрасли в подготовительно-раскройном оборудовании. Отчет НИР. /Смирнов A.A. и др Орел: Орловский НИИлегмаш, 1994

2. Оборудование для подготовительно-раскройного производства. Черепенько А.П., Смирнов A.A. —М.: Швейная промышленность. № 1, 1986

3. Организация нормирования и использования отходов тканей и материалов в швейной промышленности. Экспресс-информация. / Жидова JI.B. М.: ЦБТИ Минлегпром РФ. 1982

4. Оборудование для швейной промышленности на выставке "ITMA-84" /Textile Asia, 1985. № 1. - P. 38-48, 53-57

5. Раскройная система Servo-Cutter Automatic фирмы "Kuris"(OPr) Экспресс-информация. Оборудование легкой промышленности. Зарубежный опыт. /Мельник В.Г., Титаренко JI.H., Гольдина A.M. М.: ЦНИИТЭИлегпищемаш, 1985. - Вып. 12. -С. 3-5

6. Способы раскроя и машины, применяемые для раскроя текстильных материалов / Bekteidung+Wäcshe, 1982. №24. - Р. 1348-1350

7. Раскройные системы / Correction 2000, 1985. №59. Р. 55-58

8. Оборудование для раскроя объемных материалов: Проспект /Фирма "Teva Technica" (Финляндия), 1982. -4 с.

9. Каталог международной специализированной выставки швейного оборудования "IBM-85". Кельн, 1985

10. Технология и оборудование для раскроя /Bekteidung+Wäcshe, 1982. №24. -Р. 807-81311 .Раскройный автомат Gerber Cutter S-91 /Apparel World,. 1980. Vol 49. -№ 17.-P. 36-38

11. Автоматические системы раскроя на выставке "IBM-85" /Manufacturing Clothier, 1985. № 8. - P. 32-33

12. Новое оборудование фирмы "Bullmerwerk" /ISN International, 1982. № 8. -P. 30-32

13. Внедрение прогрессивных технологических процессов в швейной промышленности. /Калмыков Г.В., Черепенько А.П., Смирнов A.A. —М: Швейная промышленность. № 1, 1986. № 1. — С. 23-24

14. Сведения о фирме "Lectra Systems" (Франция) / Kozartir, 1985. № 9. -P.245-258

15. Автоматическое оборудование фирмы "Lectra Systems" для экспериментальных и раскройных цехов. /Apparel World,. 1985. Vol 6. -№7.-P. 25-26

16. Высокоскоростная установка для раскроя тканей лучом лазера / New Japan Machine News, 1986. № 435. - P. 14, 15

17. Установка "Electrocut" фирмы "Magnetronics Ltd" (Англия) для плазменного раскроя различных материалов /Apparel World,. 1985. № 7. -P. 34

18. Установка для плазменного раскроя материалов /Kuitting International, 1985.-№ 1093.-P. 10021 .Оборудование для швейной промышленности на выставке "Vetimat" /Vêtir, 1984-№4.-P. 7-53

19. Разработка точечных инструментов и устройств для раскроя материалов. Материалы конференции, посвященной 60-летию механического факультет. /Сторожев В.В., Соколов В.Н. СПб: СПГУТД (15-17 апреля 1998 г.)-с. 73

20. Теория шлифования материалов /Маслов Е.Н. М.: Машиностроение, 1974

21. Теория резания лезвием и основы расчета режущих аппаратов /Резник Н.Е. М.: Машиностроение, 1975

22. Расчет параметров раскройного устройства. Статья в журнале "Автоматизация и современная техника". /Соколов В.Н., Карелин В.А., Сторожев В.В. №2, 2000

23. Разработка электросилового упрочнения инструментов и деталей машин. /Г.П. Иванов.-М., 1961

24. Электросиловые упрочнение металлических изделий. М.: Литейное производство. / Иванов Г.П., Титов Н.Д. №1, 1953

25. Новые электрофизические методы упрочнения деталей станков. /Сб. науч. трудов ЭНИМС. Под ред. проф. Кудинова В.А., Шевчук С.А. М.: ОНТИ ЭНИМС, 1984

26. Физические основы электроискровой обработки металла. /Золотых Б.Н. — М.: Гостехгеоретиздат, 1953

27. Электроискровое упрочнение деталей машин. /Поляшкин Б.Н. — М.: Вестник машиностроителя. №7, 1994

28. Электроупрочнение инструмента. /Попилов Л .Я. —Л.:, 1950

29. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмент. Под ред. проф. В. А. Бакуля. — М.: Машиностроение, 1975

30. Эластичные абразивные и алмазные инструменты. /Щеголев В.А.,

31. Уланова М.Е. —М.: Машиностроение, 1975 35.0 сущности процесса засаливания и смазочном действии СОЖ при шлифовании. /Худобин JI.B. —М.: Вестник машиностроителя. №6, 1970

32. Шлифование и полирование высокопрочных материалов. /Шальнов В.А.1. М.: Машиностроение, 1972

33. Применение клеев для соединения трудносклеиваемых материалов с металлом. /Ниберг А.Н., Майорова Э.А. — М.: ЭНИМС-ОНТИ, 1988

34. Высокопроизводительная обработка глубоких отверстий малого диаметра в металлах. /Перлин О.С., Турчин В.И. и др. Сверхтвердые материалы. Вып. 5 и 6, 1980

35. Антифрикционные газотермические покрытия из цветных сплавов для металлорежущих станков. /Мельников Е.В. — М.: ЭНИМС, 1986

36. Техника напыления. /Хасуй А. — М.: Машиностроение, 1975

37. Нанесение металлов, керамики, пластмасс. /Кречмар Э. — М.: Машиностроение, 1966

38. Формирование покрытия из карбида и влияние режимов напыления на его структуру и свойства. /Китаев Ф.И. Порошковая металлургия. №10, 1982

39. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. /Кудинов В.В., Иванов В.М.1. М.: Машиностроение, 1981

40. Исследование износостойких молибденовых покрытий, отчет ЭНИМС № 70044698, 1970