автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.06, диссертация на тему:Разработка подсистемы автоматизированного проектирования и изготовления технологической оснаски для каркасных формованных деталей обуви

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АКАДЕМИЯ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи

ГАРАЕВ Марат Марсович

РАЗРАБОТКА ПОДСИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ ДЛЯ КАРКАСНЫХ ФОРМОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ ОБУВИ Специальность 05.19.06 - Технология обувных и кожевенно-галантерейных изделий

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Киселев С.Ю.

Москва -1999

СОДЕРЖАНИЕ стр.

ВВЕДЕНИЕ................................................................................ 6

ГЛАВА 1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КАРКАСНЫХ ДЕТАЛЕЙ И ОСНАСТКИ ДЛЯ ИХ ФОРМОВАНИЯ................................12

1.1. Основные принципы проектирования каркасных деталей обуви....... 12

1.1.1. Роль каркасных деталей в обеспечении формоустойчивости обуви ..12

1.1.2. Биомеханические аспекты проектирования внутренней формы обуви.......................................................................................... 14

1.1.3. Жесткие задники как объект систематизации............................ 19

1.1.4. Методы проектирования каркасных деталей..............................22

1.2. Характеристика материалов для изготовления каркасных деталей........24

24

1.2.1. Виды материалов для формованных каркасных деталей.............

1.2.2. Строение и структура обувных картонов.................................

1.2.3. Деформация обувных картонов при формовании сжатием............^7

1.3. Формующая оснастка как элемент, обеспечивающий внутреннюю форму обуви.................................................................................32

1.3.1. Методы проектирования пресс-форм для каркасных деталей обуви .32

1.3.2. Пути учета деформационных свойств обувных материалов при проектировании формующей оснастки................................................37

1.3.3. Развитие способов изготовления пресс-форм для каркасных деталей.......................................................................................40

1.4. Основные направления развития САПР в обувной промышленности.. 43

1.4.1. Структура и функционирование современных САПР обуви...........43

1.4.2. Перспективы развития автоматизированного проектирования

технологической оснастки................................................................44

ВЫВОДЫ по 1 главе......................................................................50

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ И

КРИВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ...................... 51

2.1. Характеристика поверхностей элементов технологической оснастк обувного производства........................................................................51

2.1.1. Способы задания элементов поверхностей оснастки.................51

2.1.2. Способы получения исходных данных о форме и размера затяжной колодки..........................................................................53

2.1.3. Сравнение поверхностей пяточной части колодки и пуансон для формования жестких задников....................................................59

2.2. Методы аппроксимации контуров сечений затяжной колодки............ 61

2.3. Способы математического представления сложных поверхностей пр автоматизированном проектировании формующей оснастки................... 67

2.3.1. Задание поверхностей элементов оснастки каркасам параметрических кривых................................................................. 67

2.3.2. Математический аппарат, описывающие поверхности элементо технологической оснастки обувного производства.................................70

2.3.3. Сплайн-интерполяция поверхности затяжной колодки................ 78

ВЫВОДЫ по 2 главе.......................................................................... 80

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ, ОЦЕНКА И РАСЧЕТ ДЕФОРМАЦИИ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ КАРКАСНЫХ ДЕТАЛЕЙ.................................. 82

3.1. Исследование процесса формования обувных картонов сжатием......... 82

3.1.1. Выбор методики проведения испытаний................................ 82

3.1.2. Обоснование выбора исследуемых материалов.........................88

3.1.3. Обоснование технологических режимов испытаний.................. 89

3.1.4. Методика проведения эксперимента.......................................93

3.2. Использование кривых сжатия для расчета остаточной кривизны

образцов..................................................................................... 95

3.3. Обработка экспериментальных данных с помощью симплекс-метода.... 102

3.3.1. Математический аппарат симплекс-планирования.................... 102

3.3.2. Расчет формоустойчивости обувных картонов с помощь симплекс-метода............................................................................ 105

3.4. Оценка влияния технологических режимов на формоустойчивость обувного картона с помощью полного факторного эксперимента (ПФЭ).... 109

3.4.1. Расчет регрессионных зависимостей 1-го порядка.................. 109

3.4.2. Расчет зависимости формоустойчивости от технологически режимов по уравнению регрессии 2-го порядка (ортогонально планирование)..............................................................................113

3.5. Взаимосвязь геометрических параметров колодки и пресс-форм при

заданных режимах формования......................................................... 121

ВЫВОДЫ по 3 главе...................................................................... 123

ГЛАВА 4. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРЕСС-ФОРМ НА СТАНКАХ С ЧПУ................... 125

4.1. Разработка модели учета деформационных свойств материалов для каркасных деталей при проектировании формующей оснастки................ 125

4.1.1. Обоснование способа перехода от поверхности жесткого задник

к поверхности............................................................................. 125

4.1.2. Алгоритм коррекции каркаса пуансона с учето формоустойчивости материала задника.............................................. 127

4.1.3. Программная реализация процесса трансформации каркаса...... 135

4.2. Формирование управляющей программы фрезерной обработки прес

форм для жестких задников на станках с ЧПУ......................................142

4.3.1. Изготовление формующей оснастки на станках с ЧПУ....................142

4.2.2. Структура управляющей программы для фрезерного станка с ЧПУ 144

4.2.3. Подготовка управляющей программы для станков с ЧПУ............148

4.3. Вопросы практического применения разработанных алгоритмов

программ в составе САПР технологической оснастки обуви.....................155

ВЫВОДЫ по 4 главе.........................................................................160

ОБЩИЕ: ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ......................................................... 162

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................... 167

ПРИЛОЖЕНИЯ.............................................................................178

ВВЕДЕНИЕ

В условиях рыночной экономики и конкуренции между производителями обуви все более актуальным становится вопрос своевременного обновления ассортимента выпускаемой продукции. К сожалению, выпускаемая отечественная продукция зачастую бывает неконкурентоспособной, что объясняется низким техническим и технологическим уровнем производства. Лишь около 1% отечественных предприятий полностью укомплектованы современным оборудованием, а 30% - частично оснащены высококачественным оборудованием [134].

Решению этой проблемы способствует развитие систем автоматизированного проектирования (САПР) и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) в обувной промышленности. За последнее время как у нас в стране, так и за рубежом был успешно проведен ряд работ в направлении создания интегрированных САПР обуви. Однако отдельные этапы конструкторско-технологической подготовки не нашли своего развития в отечественной обувной промышленности, что объясняется некоторым ее отставанием в области автоматизации конструкторских работ.

Одной из задач конструкторско-технологической подготовки обувного производства является проектирование и изготовление технологической оснастки. Оперативность изготовления пресс-форм во многом определяет сроки запуска новых моделей в производство. Основой для проектирования элементов оснастки служит поверхность колодки, поэтому смена ассортимента обуви влечет за собой не только разработку нового фасона колодки, но и замену оснастки, к числу которой относятся пресс-формы для изготовления каркасных деталей: задников, стелек и подносков. Однако до сих пор работы по подготовке оснастки выполняются преимущественно традиционными методами, требующими значительных затрат времени и

средств. В настоящее время в проектировании оснастки для каркасных деталей используются трудоемкие методы, значительная часть операций которых дублируется. Существенным недостатком выполняемых проектных работ является приблизительный учет остаточной деформации материала, который не обеспечивает соответствия поверхностей спроектированных и изготовленных деталей.

В изготовлении металлических поверхностей пресс-форм преобладают устаревшие ручные методы, предусматривающие снятие слепка с колодки, получение форм по выплавляемым моделям; отливку элементов пресс-форм; их последующую слесарную доводку и т.д., что в конечном итоге приводит к различиям формы спроектированной и изготовленной поверхностей элементов оснастки. Многоэтапная, ручная обработка поверхностей пресс-форм значительно увеличивает сроки изготовления элементов оснастки и является причиной их неоднородности в партии.

Неудовлетворительное качество каркасных деталей является причиной появления характерных дефектов пяточной части обуви: сквозного износа подкладки, достигающего, к примеру, до 28% в опытной партии мужской обуви с задниками из картона марки 3-2, или ее «стаптывания» (до 13% в партии детской зимней обуви) [86]. По результатам опытной носки обуви также отмечается «раскрыливание» задников, составляющее 12,7% в испытуемой партии обуви с задниками из картона марки 3-1 и 16,9 % - из картона марки 3-2 [86]. Подобные дефекты ведут к быстрому выходу обуви из строя и невозможности ее дальнейшей эксплуатации. Перечисленные недостатки являются следствием нерациональной формы готовых деталей, ее несоответствием пяточной части колодки, отсутствием в детали четкого ребра следа.

В конечном итоге, низкий уровень конструкторско-технологической подготовки производства является причиной снижения качества каркасных деталей, приводящих к потере потребительских свойств обуви, а

длительность и трудоемкость процесса изготовления пресс-форм затрудняют внедрение ассортимента в производство. Наличие указанных проблем свидетельствует об актуальности автоматизации процессов проектирования и изготовления элементов формующей оснастки для каркасных деталей.

Цель диссертационной работы заключается в разработке методики автоматизированного проектирования и изготовления формующей оснастки для каркасных деталей, учитывающей характер деформаций материала в процессе формования, что обеспечивает получение требуемой формы деталей и рациональной внутренней формы обуви.

Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:

- проведен анализ существующих методов проектирования каркасных деталей и оснастки для их формования, и выявлены пути их автоматизации;

- предложена иерархическая трехуровневая классификация задников обуви;

- выбран математический аппарат и предложен способ задания поверхности пяточной части колодки;

- экспериментально исследованы деформационные свойства обувных картонов для каркасных деталей при формовании сжатием;

- предложено использование симплекс-метода для оценки влияния режимов формования на формоустойчивость обувных картонов;

- установлена регрессионная взаимосвязь технологических параметров, характеризующих процесс формования обувных картонов;

- разработана математическая модель трансформации поверхности готового изделия в поверхность пуансона с учетом формоустойчивости материала;

на основе предложенной модели трансформации разработан программно реализованный алгоритм автоматизированного проектирования поверхностей элементов оснастки;

разработана методика подготовки данных для управляющих программ фрезерной обработки элементов технологической оснастки для жестких задников.

Методы исследований. Для решения поставленных в работе задач использовались положения теории тонких оболочек, методы алгоритмизации и классификации, математического планирования, моделирования и параметризации геометрических объектов. Исследования деформационных свойств материалов для каркасных деталей проводились на специально разработанной экспериментальной установке согласно выбранной методике. Предлагаемое программное обеспечения составлено на языке С (реализация с помощью компилятора Visual С++ 5.0).

Научная новизна работы состоит в разработке:

- методологии создания технологической оснастки для формования сжатием каркасных деталей с учетом деформационных свойств материалов;

- прогнозирующей модели, позволяющей определять качество формования обувных картонов на основе экспериментально установленных зависимостей;

- математической взаимосвязи геометрических параметров элементов поверхностей колодки и формующей оснастки для каркасных деталей;

- математической модели трансформации поверхности готового изделия в поверхность формующего пуансона.

Практическая значимость работы заключается в:

- установлении регрессионных зависимостей формоустойчивости от режимов формования для обувных картонов марок ЗМ-1, С-1, Salamander, позволяющих проектировать рациональную поверхность пресс-форм;

- разработке методики проектирования оснастки для формования жестких задников, учитывающей геометрические параметры поверхности и упруго-пластические свойства материала;

- разработке программного обеспечения фрезерной обработки рабочих поверхностей оснастки на станках с ЧПУ, позволяющего значительно сократить трудоемкость подготовки и изготовления пресс-форм.

Основные результаты работы были доложены и получили положительную оценку на III Всероссийской научно-методической конференции по биомеханике (г. Нижний Новгород - октябрь 1996 г.), Всероссийской научно-методической конференции по развитию систем общего и непрерывного профессионального образования по специальностям легкой промышленности, посвященной 850-летию основания Москвы (г. Москва, январь 1997 г.), 27-ой Межвузовской научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов Донской государственной академии сервиса «Радиотехника, оборудование и технологии сервиса» (г. Шахты, май 1997 г.).

Результаты диссертационной работы прошли промышленную апробацию в условиях механических цехов Кировского и Казанского комбинатов искусственных кож, испытания на ОАО «ЛЕР» (г.Москва), внедрены на Кировском комбинате искусственных кож и в учебный процесс на кафедре технологии изделий из кожи Московской государственной академии легкой промышленности.

По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка использованной литературы. Объем диссертации составляет 178 страниц текста, включающие 7 схем и 48 рисунка. Список использованной литературы содержит 136 наименований. Приложение представлено на 37 страницах:

ГЛАВА 1. ПУТИ АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КАРКАСНЫХ ДЕТАЛЕЙ И ОСНАСТКИ ДЛЯ ИХ ФОРМОВАНИЯ

1.1. Основные принципы проектирования каркасных деталей обуви 1.1.1. Роль каркасных деталей в обеспечении формоустойчивости обуви

Одним из важнейших показателей комфортности обуви является рациональность ее внутренней формы, которая должна учитывать анатомо-физиологические особенности строения стопы. В настоящее время большое количество работ [7, 10, 11, 18, 24, 25, 31] посвящено исследованию взаимодействия системы «человек - обувь», в частности, расчету параметров рациональной внутренней формы обуви.

Для получения спроектированной требуемой формы обуви в готовом изделии необходимо учитывать физико-механические параметры обувных материалов. Одним из показателей качества обуви является ее формоустойчивость, которая зависит от свойств материалов и определяет различия спроектированной и изготовленной поверхностей. Даже частичное искажение формы обуви приводит к потере эргономичных свойств, т.к. сводит на нет точность проектно-конструкторских операций. В связи с этим, важнейшим моментом при изготовлении обуви является стабильность геометрических параметров внутренней формы, обеспечиваемая за счет ее каркаснос-ти.

Под каркасом какого-либо тела {франц. carcasse - скелет) подразумевается пространственная конструкция, состоящая из отдельных скрепленных между собой элементов; воспринимающая основные нагрузки и обеспечивающая прочность и устойчивость геометрической формы объекта в целом [12]. Создание каркаса в обуви осуществляется обычно за счет следующих видов решений [1]:

1. Конструктивных (введения в конструкцию отрезных деталей, вытачек и

т.д.);

2. Технологических (влажно-тепловой обработки, формования и др.)

3. Использование специальных деталей (задников, подносков, стелек, геленков и др.).

4. Использование вспомогательных материалов для обработки (пропитывающие вещества, клеи-растворы и расплавы и т.д.).

Хотя объемная поверхность заготовки обуви, как правило, формируется на обтяжно-затяжных операциях, значительная роль в ее устойчивости принадлежит жестким формованным деталям: задникам, подноскам, стелькам и др. Они