автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Влияние конструктивно-технологических факторов процесса фрезерования на качество обработки деталей низа обуви

На правах рукописи

Жиляев Евгений Владимирович

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ПРОЦЕССА ФРЕЗЕРОВАНИЯ НА КАЧЕСТВО ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ НИЗА

ОБУВИ

Специальность 05.02.13 «Машины, агрегаты и процессы» (коммунальное хозяйство и сфера услуг)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 3 ЛЕН 2009

2009

003486270

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса» (ГОУ ВПО «ЮРГУЭС»)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Юрченко Владимир Ильич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Жаворонков Александр Иванович кандидат технических наук, доцент Малахов Валерий Николаевич

Ведущая организация: Институт экологии, ресурсосбережения и оборудования.

г. Москва.

Защита состоится «18» декабря 2009г. в _ часов на

заседании Диссертационного совета Д.212.313.01 при Южно-Российском государственном университете экономики и сервиса по адресу 346500, г. Шахты, Ростовская область, ул. Шевченко, д. 147

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ЮжноРоссийского государственного университета экономики и сервиса.

Текст автореферата размещен на сайте ГОУ ВПО «ЮРГУЭС»:

Ьйр//\У\У\У.558и.Ги.

Автореферат разослан «17» ноября 2 009г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, к.т.н., доцент

Куренова С.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Анализ работы предприятий по ремонту и индивидуальному пошиву обуви в России и за рубежом в условиях продолжающегося экономического кризиса показывает заметно возросшую потребность в оказании услуг населению указанными предприятиями. Прежде всего это связано с желанием клиентов продлить срок бывшей в эксплуатации (ношеной) обуви и обеспечить при этом экономию личных финансовых ресурсов. Однако с учетом высокого уровня развития современного обувного производства и качества изготавливаемой обуви (особенно ведущих зарубежных фирм) требования клиентов к качеству ремонта обуви неизмеримо возросли. Это обстоятельство порождает для ремонтных обувных предприятий ряд проблем, главной из которых является проблема существенного повышения качества выполнения ремонтных операций, осуществляемых с помощью механического оборудования и специализированного инструмента.

Фрезерование является одним из основных процессов механической обработки деталей низа обуви. Фрезерованием удаляют излишки материала по контору деталей и придают урезу определенную форму и гладкую поверхность. Обработку производят фрезами на машинах отечественного и зарубежного производства. Материал при фрезеровании снимается в виде стружки, изменяющей свое поперечное сечение от минимального до максимального (встречное фрезерование) или наоборот (попутное фрезерование). В результате обработки на поверхности деталей формируется определенный микрорельеф-шероховатость, обеспечивающая при выполнении дальнейших технологических операций (шлифование, полирование и др.) требуемые значения эксплуатационных характеристик обуви. Величина шероховатости и ее постоянство на любом участке обработанной поверхности являются основными критериями качества фрезерной обработки деталей низа обуви.

Однако при использовании существующих методов обработки деталей низа обуви фрезерованием добиться постоянства величины шероховатости на всей площади обрабатываемой поверхности очень сложно. Это связано со спецификой физико-механических свойств синтетических полимеров (из которых в подавляющем большинстве случаев изготавливаются в настоящее время детали низа обуви), с особенностями геометрических характеристик обрабатывающего инструмента - фрез, характером их изменения в процессе работы и др. Но главной причиной, препятствующей достижению равномерной шероховатости деталей низа обуви после их обработки фрезами, является сложность формы самих деталей. Кроме того, существующие технологии не обеспечивают постоянство режимов процесса, поскольку контакт детали с инструментом поддерживается, как правило, вручную работником и, следовательно, качество обработки в этом случае зависит от его квалификации. Поэтому на практике для достижения необходимого качества обработки применяют многократное прохождение инструментом поверхностей детали. Это снижает производительность процесса и не позволяет создать высокоэффективное технологическое оборудование.

Большие возможности в повышении уровня механизации, производительности труда и улучшения качества механической обработки фрезерованием, имеет разработка и внедрение на обувных предприятиях оборудования, реализующего процесс резания так называемым «подвижным ножом».

Разрушение обувных материалов при их обработке традиционными рабочими органами (ножами, резаками, фрезами, связанным абразивом) может происходить по принципу резания «подвижным» или «неподвижным» ножом. Геометрия лезвия ножа (инструмента) при этом имеет различия. При резании «подвижным» ножом, т.е. когда лезвие режущего инструмента двигается вдоль острия, появляется действительный угол резания а,>, который зависит от конструктивного угла заточки инструмента ак. Это приводит к значительному уменьшению силы резания и улучшению качества обработки. Так, если при резании «неподвижным» ножом угол резани, равный углу заточки инструмента, составляет порядка 20-30 то при резании «подвижным» ножом, например, в стационарных ленточных раскройных машинах, а,) в 600-800 раз меньше ак и может составлять 6-12". Очевидно, что использование при фрезеровании деталей обуви принципа резания подвижным ножом должно обладать несомненными достоинствами по сравнению с традиционными технологиями.

Однако такой процесс и принцип резания в оборудовании для фрезерования деталей обуви до настоящего времени не реализованы, практически отсутствуют научно обоснованные рекомендации по выбору оптимальных режимов фрезерования «подвижным ножом», отсутствуют технические решения, реализующие указанный принцип фрезерования.

Таким образом, повышение качества механической обработки деталей низ обуви путем использования результатов всестороннего исследования процесс фрезерования «подвижным ножом», является весьма актуальной проблемой, имеющей важное научное и практическое значение.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является повышени эффективности процесса и качества фрезерной обработки деталей низа обуви за сче применения нового способа фрезерования.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• анализ используемого оборудования для проведения механической операции фрезерования деталей низа обуви с целью выявления его недостатков \ возможности использования резания подвижным ножом для получени высококачественного среза;

• анализ процесса механической обработки фрезерованием и факторов оказывающих влияние на разрушение деталей низа обуви фрезой;

• теоретическое исследование процесса механической обработки фрезерованием для чего:

а) проведено исследование влияния геометрических и кинематически параметров на время контакта зуба фрезы с участком изделия различной формы;

б) разработана методика определения геометрических характеристик рабочег инструмента и выполнено ее аналитическое исследование;

в) разработана методика расчета сил резания при фрезеровании и выполнить е аналитическое исследование;

г) выполнены аналитические исследования усилий фрезерования и разработан математическая модель энергетических затрат;

• разработка методики экспериментальных исследований механическо! обработки деталей низа обуви фрезерованием новым способом;

• разработка рекомендаций для предприятий по ремонту обуви по внедрению нового способа фрезерования деталей низа обуви.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней:

■ впервые на основе нового способа механической обработки определены основные факторы процесса фрезерования деталей низа обуви ;

■ на основе анализа взаимодействия зубьев фрезы с обрабатываемым материалом разработана методика определения усилий фрезерования с добавлением осциллирующего движения фрезы с учетом затупления ее режущих кромок фрезы;

■ определены оптимальные режимы нового оборудования для фрезерования деталей низа обуви, позволяющего добиться требуемого съема материала при одновременном уменьшении шероховатости обрабатываемой поверхности;

■ разработана методика определения действительного радиуса резания фрезы;

Практическая ценность работы состоит в:

■ установлении зависимостей микрогеометрии поверхности, получаемой в результате обработки фрезой, совершающей как вращательное, так и поступательное движение вдоль оси вращения, от основных факторов процесса механической обработки, которые рекомендованы для использования в инженерных расчетах;

■ установлении теоретических зависимостей энергозатрат на фрезерование от основных режимных параметров механической обработки, которые могут быть использованы при инженерных расчетах;

■ определении действительного радиуса резания при фрезеровании деталей низа обуви в процессе механической обработки;

■ определении усилий резания при фрезеровании с добавлением осциллирующего движения для получения требуемой микрогеометрии поверхности деталей низа обуви, позволяющих прогнозировать результат обработки и разработать исходные требования на оборудование для фрезерования деталей низа обуви.

Достоверность полученных результатов исследования обеспечивается:

• использованием в качестве теоретической и методологической базы диссертационного исследования фундаментальных трудов отечественных и зарубежных авторов по вопросам механической обработке натуральных кож и другим вопросам исследуемой проблемы;

• использованием современных методов исследования, оборудования и приборов для подготовки и проведения экспериментов и обработки полученных результатов, применением ПЭВМ и пакета прикладных программ в программной оболочке \Vindows-95;

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации доложены и получили положительную оценку на ряде научно-технических конференций Сибирского Федерального университета (Красноярский государственный технический университет), (г. Красноярск, 2006-2008 г.г.), Московского государственного университета сервиса (г. Москва, 2004-2005 гг.), Московского института управления и

сервиса (г. Москва, 2004-2008 гг.), Федерального государственного образовательного учреждения дополнительного профессионального образования «Государственная академия инноваций»( г. Москва, 2008 г.), Московского государственного университета дизайна и технологий (г. Москва, 2007 г.), ОАО « Рослегпром» ( г. Москва, 2006, 2007 гг.) и заседании научно-методических советов ЗАО «Русская кожа» (г. Рязань, 2006, 2007 г.г.).

Публикации по работе. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация содержит 138 страниц, включая 67 рисунков и 18 таблиц, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 115 наименований, 4 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность НИР, выбраны объект и предмет исследования, сформулированы ее цель и задачи, определены направления и методы исследования, указаны научная и технологическая новизна, практическая и конструкторская значимость, обоснована достоверность исследований.

В первой главе рассмотрены предпосылки совершенствования процесса и оборудования для механической обработки деталей низа обуви резанием. Выполненный анализ показал, что на обувных предприятиях сервиса при пошиве и ремонте обуви широко применяются машины, реализующие процессы резания, а сами процессы весьма многообразны (рис.1).

Рисунок 1. Процессы резания при ремонте и производстве обуви

Все способы резания материалов, реализуемые в настоящее время, можно условно разделить на две большие группы: способы, реализующие традиционные процессы резания, основанные на разрушении материала деталей фрезой, ножом или связанным абразивом и новые процессы ударного разрушения материала, основанные на изнашивании поверхности детали свободным абразивом.

Анализ данных по оборудованию, для выполнения операции фрезерования показал, что, несмотря, на наличие отечественных машин типа ФУП, ОМ-2Р и др. и

большого количества моделей импортного оборудования, показал, что принцип воздействия рабочих органов на обрабатываемый материал во всех машинах одинаков - это вращающаяся фреза, реализующая процесс резания «неподвижным ножом» (пет движения материала вдоль режущих кромок фрезы).

Современные машины не позволяют получить при фрезеровании требуемую шероховатость за один проход рабочим органом поверхности детали. Из-за чего возникает необходимость операции шлифования. Увеличение скорости вращения фрезы с целью получения необходимой шероховатости приводит к повышению энергозатрат и нагреву инструмента до такой температуры, что процесс резания материала переходит в процесс горения, и говорить о качестве обработки становится бессмысленным. Поэтому комплекс операций по фрезерованию и отделке уреза подошв и боковой поверхности каблуков возможно уменьшить за счет повышения качества самого фрезерования и уменьшения энергопотребления за счет сокращения длительности операции шлифования, что приводит к снижению номенклатуры оборудования.

Все имеющееся в настоящее время оборудование для механической операции фрезерования обладает следующими недостатками: нестабильностью процесса, из-за затупления режущей кромки инструмента; большими усилиями резания и, как следствие, трудностью удержания полупары при ручной подаче деталей на обработку; волнистостью обработанной поверхности; частой заточки инструмента; большой шероховатостью обработанной поверхности и проч.

Качество обработанной поверхности помимо требуемой геометрии, определяется шероховатостью и волнистостью. В настоящее время качество поверхности после механической обработки на обувных предприятиях оценивают органолептически, что не обеспечивает количественной ее оценки.

Анализ современных теоретических разработок в области механической обработки деталей низа обуви показал, что операции резания материалов описываются

общепринятой теорией клина. Поэтому очевидна необходимость создания новой теории, описывающей процесс фрезерования фрезой, совершающей вращательное движения с добавлением осциллирующего движения вдоль оси вращения. Такая теория совмещала бы в себе элементы теории резания подвижным и неподвижным ножом.

Современная теория резания позволяет определить мощность и усилия резания, но разница между теоретически прогнозируемыми усилиями и реальными велика. Вероятно, недостаток этих расчетов заключается в том, что в них не учитывается действительный радиус закругления режущей кромки ножа (затупление ножа). Поэтому данная научно-исследовательская работа направлена также и на ликвидацию этого пробела в теории резания.

1 Вторая глава посвящена разработке теории процесса фрезерования осциллирующей фрезой и аналитическим исследованиям взаимодействия зуба фрезы с обрабатываемым материалом.

Для решения поставленных задач (снижение усилий при фрезеровании низа обуви, что в свою очередь должно привести к уменьшению энергетических затрат и повышению производительности труда; повышение качества обработки низа обуви)

нами предложено в базовой машине для фрезерования деталей низа обуви сообщить фрезе не только вращательное движение, но и осевые осциллирующие перемещения вдоль оси вращения фрезы. Поскольку любое лезвие режущего инструмента при заточке имеет радиус при вершине, то по аналогии с углом заточки будем называть его здесь и далее радиусом заточки, а тот радиус, который получается при движении режущего инструмента относительно обрабатываемого материала, здесь и далее будем называть действительным радиусом контактирования.

Если представить, что режущим инструментом является неподвижный цилиндр, то материал относительно цилиндра при фрезеровании (традиционным способом) будет перемещаться вокруг него по окружности. Если такой цилиндр дополнительно перемещать в осевом направлении, то материал относительно него будет перемещаться по эллипсу. При этом меньший радиус эллипса будет меньше радиуса цилиндра. Таким образом, перемещая фрезу в осевом направлении, мы как бы уменьшим радиус при вершине зуба, при этом должны уменьшатся усилия резания, снижаться энергетические затраты.

Выше показано, что зуб фрезы при своем перемещении движется по трохойде, образуя выступы на обрабатываемом материале. Если фрезу заставить перемещаться в осевом направлении, то трохоида получится вытянутой, и при этом должна уменьшиться шероховатость обработанной поверхности. Поскольку производительность напрямую зависит от времени обработки, то на первом этапе рассматривали, какие геометрические и кинематические факторы влияют на это время.

Известно, что радиус при вершине зуба фрезы оказывает влияние на усилие фрезерования, а, следовательно, и на мощность, затрачиваемую при этом. Так как в предлагаемой нами установке фреза получает не только вращательные движения, но и осевые осциллирующие движения, поэтому важно знать, как он изменяется в зависимости от геометрических и кинематических параметров. Чтобы выполнить теоретические исследования, необходимо иметь математическую модель изменения действительного радиуса при вершине зуба от различных факторов.

В виду того, что время контакта зуба фрезы с обрабатываемой поверхностью определяет собой результаты процесса обработки, его производительность и многое другое, то, очевидно, необходимо выполнить исследование влияния геометрических и кинематических параметров на время контакта.

Определение времени контакта зуба фрезы с участком изделия различной формы выполняли, моделируя процесс взаимодействие фрезы с прямолинейным, с выпуклым и с вогнутым участками. На рисунке 2 показаны соответственно эскизы 2,а; 2,6 и 2,в. Для каждого из участков получены соответствующие выражения определяющие время контакта i\, Ti,

х, = arceos (1 - 2t/D)/co = 30 arcos (1 - 2t/D)/(nn); т2 = (arcos [(R2- p2)/(R + p -1) + R+. p -t]/D)/co; t3 = arceos [(2p,R +12 - 2p,t - 2R2)/(2R(p, - R)]/oo.

Табулирование этих функции, выполненное в работе, позволило наглядно показать влияния частоты п вращения вала фрезы, глубины резания t и диаметра фрезы D на время контакта зуба фрезы с обрабатываемым материалом.

а)

б)

в)

Рисунок 2. Схемы определения времени контакта фрезы с участком изделия:

а) для прямолинейного участка; б) для выпуклого участка; в) для вогнутого участка.

Анализ результатов табулирования выражений ть т2, тз показал, что время контакта зуба фрезы с обрабатываемым материалом различной формы за один оборот вала фрезы не превышает тысячные доли секунды; с увеличением частоты вращения вала фрезы и уменьшением глубины резания время контакта зуба фрезы с обрабатываемым материалом различной формы уменьшается, а с увеличением диаметра фрезы время контакта зуба фрезы с обрабатываемым материалом прямолинейной и выпуклой формой несколько уменьшается, а с вогнутой формой -незначительно увеличивается; с увеличением радиуса кривизны обрабатываемой поверхности время контакта зуба фрезы с обрабатываемым материалом выпуклой формы увеличивается, а с вогнутой формы - уменьшается. При реальных радиусах обрабатываемых деталей это расхождение не превышает 5-7% , что вполне допустимо при инженерных расчетах. Поэтому полученные зависимости можно использовать для расчета производительности.

Далее выполнена разработка методик определения геометрических характеристик рабочего инструмента и их аналитическое исследование. Так, для определения действительного радиуса зуба фрезы при его взаимодействии с обрабатываемым материалом (радиус контактирования) учитывали и затупление режущей кромки. Расчетная схема приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Расчетная схема резания

Положим, что зуб фрезы при своем вращении имеет скорость У2, а при движении вдоль оси фрезы - V,. Тогда за время Д1 зуб переместится на величины:

АВ = У2 А1,

ВВ,=У, Д1. (1)

Действительный угол заострения зуба при таких перемещениях:

18а2 = ВА/АВ, (2)

где 0.2 половина действительного угла заострения зуба за время перемещения Д1.

Из А АВЭ следует: ВО = ВА = АВ (3)

где а) - половина угла заточки зуба.

Из ДАВ|В имеем АВ, = VАВ2 + ВВ'.

Подставляя выражения (1.1), (1.3) и (1.4) в (1.2), получим:

где у - угол между результирующей скоростью V и скоростью Уь

(4)

(5)

> = уЖ

51Пу = У2/^1 +у2 . (6)

В реальных условиях передняя и задняя поверхности зуба фрезы сопрягаются по радиусу. Для определения радиуса Я, который получается при нарезке зуба и действительного радиуса г, который взаимодействует с обрабатываемым материалом и не равный Я за счет продольного перемещения фрезы, впишем в А АСЭ исходный радиус Я. При этом АК = АО - Я, а АО = ЯЛтсХ). Тогда АК = Я(1/зта1 - 1).

Спроецируем точку К на прямую АВ| и получим точку К|. Впишем дугу радиуса г, проходящуюю через точку Ki касательно к прямым АС) и AD|. Тогда из А АКК, (АК, = AK/cos(90o-y) = AK/siny = R(l-sinal)/(sinal siny).

Из A AC1D) определяем

AN = АК, + K,N = R(1 - sinal)/(sina, siny) + r. (7)

Из AAMN находим AN = R/SINA2. (8)

Решая совместно (7) и (8), получим

r= R(l-sinai)sina2/(siny sinal(l-sinoi2)) (9)

Подставляя в выражение (9) значение siny из (6) и значение угла а2 из выражения (5), получим

Л(1 - sin а,) sm\^arctg(tga¡ ■V1 Цу? + V22 yUv,2 + V2

Г — -L:--А—-

sin а, (1 - sin arctg{tga, ■ V2 / Jv^ + vJ) \K

L J (10)

Определим выражения для скоростей, входящих в уравнение (10).

V2 = coD/2 = nDn/60, (11)

где D — диаметр фрезы, м; со - угловая скорость фрезы, рад/с; п - частота вращения фрезы, мин-1.

Если фреза вместе с валом получает продольные перемещения с помощью кривошипно-ползунного механизма по закону s = r(l - coscot) . Тогда скорость Vi, будет равна

V| = reo sincot = 7ГП|Г 1/30 sincot, (12)

где coi - угловая скорость кривошипа, рад/с; п - частота вращения вала кривошипа, мин-1; г - радиус кривошипа, м, t - время.

Из (12) видно, что скорость V, в зависимости от времени t изменяется по синусоидальному закону от V|min = 0 до Vimax = яшУЗО. Тогда за среднюю скорость можно принять

V,cp = (V,min +Vimax)/2 = лг,п/60. (13)

Подставляя значения скоростей V2 и Vicp в выражение (9), получим среднее значение действительного радиуса rcp<—Ycp переходной (реально затупленной) кромки зуба фрезы

/?(l-sina,)sin

sin а, (1-sin nDtga¡ arctg{ .-^—!-- )nD

Знание среднего значения действительного радиуса гср позволило перейти к решению задачи аналитического исследования усилий фрезерования. Целью этого исследования является получение методики расчета сил резания при фрезеровании осциллирующей фрезой, позволяющей осуществлять научно обоснованный прогноз.

Расчетная схема для определения усилий фрезерования приведена на рисунке 4. (главный вид). Согласно схеме на зуб фрезы действуют следующие силы: силы трения Б-тр = 5 N материала о переднюю поверхность зуба; Ятр = Г N + Г Р - суммарная

сила трения, возникающая от воздействия сил N и Р при движении зуба фрезы в осевом направлении, т.е. вдоль се вала; сила нормального давления N1 на переднюю поверхность зуба; усилие Р, действующее на вершину зуба фрезы. Сила резания равна алгебраической сумме всех сил, действующих на зуб фрезы. Поскольку мы не знаем направление силы резания, то изобразим се в виде трех составляющих сил: горизонтальной (тангенциальной) (}, горизонтальной Б, перпендикулярной плоскости чертежа и вертикальной (радиальной) Р. Сумма проекций всех сил на оси X, У и Ъ

позволяет получить:

С> = Р со5(5 + а/2) + N Бшб + Ртр соэб, (15)

Р = Р 5Н1(6 + а/2) - N соб5 + Ртр бш5, (16)

Б = Ртр2 = + Р) (17)

При резании часть усилия тратится на разрушение материала, другая часть тратится на изгиб и смятие отделяемой стружки. С увеличением угла резания уменьшается радиус кривизны изгибаемой стружки и увеличивается усилие, затрачиваемое на ее изгиб.

Определим величину силы нормального давления N. Пусть центр окружности, касающийся средней линии снимаемой стружки, находится на расстоянии «а» от точки пересечения двух средних линий снимаемой стружки. Угол X равен следующей величине

А. = (я - 6)/2. (18)

Тогда радиус кривизны определится из выражения

Я = а ЩЪ = а' Щ(п/2 - 5/2) = а (19)

Рисунок 4. Расчетная схема определения усилий фрезерования

Далее в работе выполняли табулирование полученных моделей для расчета усилиий фрезерования. В результате получили, что с увеличением глубины фрезерования, горизонтальные составляющие силы резания в базовом варианте С?1 и в модернизированном Ог возрастают. При глубине фрезерования I = 1 мм 0, превышает С>2 в 1,14 раза, а при 1 = 6 мм, - в 1,12 раза. При этом разница между и 02 остается

неизменной и равной 0,7 Н. Объясняется это тем, что с увеличением глубины фрезерования вертикальные составляющие сил резания Р| и Р2 уменьшаются, при этом Р2 имеет отрицательные значения т. е. направлена в сторону, противоположную Рр

С увеличением глубины фрезерования в модернизированном варианте усилие 82 возрастает, но оно практически на порядок меньше усилия СЬ.

С увеличением глубины фрезерования соответственно, возрастают и результирующие силы резания при базовом и модернизированном вариантах Ррс1| и РРсз2- При I = 1 мм Ррс11 больше Ррсй в 1,16 раза, а при I = 6 мм - в 1,13 раза. Поскольку результирующее усилие фрезерования влияет на энергетические затраты и соответственно производительность, построим график изменения Ррс11 к Рре-,2 в зависимости от I.

Усилия, действующие на вершину зуба, при базовом и предлагаемом вариантах, не меняются и соответственно составляют 3,84 и 2,86 Н. С увеличением I, N и Ртр возрастают.

Оценка влияния модуля упругости показала, что с его увеличением все усилия возрастают, при этом сохраняются отношения С^ЛЗг ~ Ррс,|/ Ррс,2 ~ 1,1, что с увеличением ширины фрезерования все силы возрастают. Отношение сил (З1 и ()2 независимо от ширины фрезерования остается постоянной и равной 1,08. Отношение усилий фрезерования по базовому и предлагаемому варианту остается неизменным и равным 1,08.

0 1 1,5 2 2,5 3 3,5 опиоиюние скорости, V/!/

Рисунок 5. Изменение усилий фрезерования в зависимости от отношения линейных

скоростей У|/У2

Из графиков, приведенных на рисунке 5, .следует, что все силы по базовому варианту остаются постоянными, т.к. они не зависят от отношения линейных скоростей. По модернизированному варианту все усилия с увеличением отношения

скоростей уменьшаются. Это объясняется уменьшением действительного радиуса контактирования, от которого зависит усилие Р2, действующие на зуб фрезы. В исследуемом диапазоне сила уменьшается от 96,7 до 74,6 Н, усилие Р2 - от 5,04 до -6,4 Н, результирующая сила резания Ррсх2 - от 98,0 до 75,2 Н. Отношение результирующих сил резания РрС1] и Рр„2 увеличивается от 1,13 до 1,3 раза. При ранее рекомендуемом отношении скоростей г = 2 усилие резание в модернизированном варианте меньше усилия в базовом варианте в 1,13... 1,3 раза при постоянных остальных параметрах, значения которых приведены в программе исследований.

Графики изменения усилий РрС1| и Ррс>2 в зависимости от амплитуды представлены на рис. 6.

99

I

амплипуда А, мм

Рисунок 6. Зависимости Р] и Р2 от амплитуды Из графика видно, что с увеличением амплитуды усилия Р2 и Ррсз2 уменьшаются. При амплитуде А = 12 мм результирующие усилия фрезерования по базовому и новому вариантам равны. При А < 12 мм Ррсз2 > Рри, при А > 12 мм Ррсз2< Ррс31.

В третьей главе рассмотрена методика и результаты экспериментального исследования механической обработки деталей низа обуви фрезерованием. Описано устройство и работа экспериментального стенда, методика проведения испытаний и обработка результатов.

Целью данной главы являлось экспериментальная проверка гипотезы о снижении энергозатрат и повышении качества механической обработки уреза подошв, подметок, набоек и боковой поверхности каблуков фрезерованием осциллирующей фрезой

Степень соответствия результатов теоретических и экспериментальных исследований позволит судить о возможности применения полученных в главе 2 формул в инженерных расчетах.

Для проведения эксперимента фрезерный узел машины ОМ-2-Р был модифицирован таким образом, что фреза получила дополнительное осциллирующее движение вдоль оси своего вращения, и была организована механическая подача обрабатываемого материала.

В четвертой главе разработаны рекомендации для предприятий по ремонту и индпошиву обуви по внедрению на них разработанной технологии фрезерования новым способом и методик расчета основных режимных характеристик исследованного процесса.

Общие выводы

1. Анализ существующих технологических процессов и оборудования для механической обработки деталей низа обуви фрезерованием показал, что современные машины не позволяют получить требуемую шероховатость за один проход рабочим органом поверхности детали, из-за чего возникает необходимость операции шлифования. Увеличение скорости вращения фрезы с целью получения необходимой шероховатости приводит к повышению энергозатрат и нагреву инструмента до такой температуры, что процесс резания материала переходит в процесс горения, и говорить о качестве обработки становится бессмысленным. Поэтому комплекс операций по фрезерованию и отделке уреза подошв и боковой поверхности каблуков возможно уменьшить за счет повышения качества самого фрезерования и уменьшения энергопотребления за счет сокращения операции шлифования, т.е. номенклатуры оборудования.

2. Из анализа современных теоретических разработок в области механической обработки деталей низа обуви видно, что операции резания материалов описываются общепринятой теорией клина. Поэтому очевидна необходимость создания новой теории, описывающей процесс фрезерования фрезой, совершающей вращательное движения с добавлением осциллирующего движения вдоль оси вращения. Такая теория совмещала бы в себе элементы теории резания подвижным и неподвижным ножом. Используемая теория резания позволяет определить мощность и усилия резания, но разница между теоретически прогнозируемыми усилиями и реальными велика. Вероятно, недостаток этих расчетов заключается в том, что в них не учитывается действительный радиус закругления режущей кромки ножа. В данной научно-исследовательской работе этот недостаток ликвидирован.

3. Установлено, что все силы сопротивления резанию по базовому варианту остаются постоянными, т.к. они не зависят от отношения линейных скоростей. По модернизированному варианту все усилия с увеличением отношения скоростей уменьшаются. Это объясняется уменьшением действительного радиуса контактирования, от которого зависит усилие Р2, действующие на зуб фрезы. В исследуемом диапазоне сила СЬ уменьшается от96,7 до 74,6 Н, усилие Р2 - от 5,04 до -6,4 Н, результирующая сила резания Ррсз.2 - от 98,0 до 75,2 Н. Отношение результирующих сил резания Ррга1 и Ррс,2 увеличивается от 1,13 до 1,3 раза. При ранее рекомендуемом отношении скоростей г = 2. усилие резание в модернизированном варианте меньше усилия в базовом варианте в 1,13... 1,3 раза при постоянных остальных параметрах, значения которых приведены в программе исследований.

4. Исследование влияния факторов на процесс фрезерования показало, что: • с увеличением диаметра фрезы О время контакта т уменьшается. Это

объясняется тем, что с увеличением диаметра фрезы при постоянных остальных

параметрах, не только увеличивается путь зуба в обрабатываемом материале, но

и возрастает его линейная скорость. Это говорит о том, что рост линейной

скорости зуба является интенсивнее, чем увеличение пути зуба в материале. При увеличении диаметра фрезы, не только увеличивается производительность обработки материала, но и при одной и той же подаче материала, снизятся гребешки трохоиды, т.е. улучшится качество обработки изделия.

• с увеличением частоты вращения вала фрезы время контакта зуба фрезы с обрабатываемым материалом уменьшается. Наиболее интенсивное уменьшение времени контакта наблюдается до п = 6000-8000 мин"'. Уменьшение времени контакта объясняется увеличением линейной скорости зуба фрезы при прочих постоянных параметрах.

• время контакта зуба фрезы с обрабатываемым материалом различной формы за один оборот вала фрезы не превышает тысячные доли секунды.

5. Из выполненных исследований следует, что с увеличением исходного угла заточки ai зуба фрезы, действительный угол резания возрастает, а действительный радиус контактирования уменьшается. Интенсивность роста al составила 20/10 = 2, а интенсивность роста а2 составила 6,6/3,2 = 2,06, т.е. практически они имеют одинаковую интенсивность роста. Из приведенного анализа следует, что исходный угол заточки зуба фрезы при постоянном радиусе заточки, необходимо увеличивать, т.к. действительный радиус контактирования при этом уменьшается и увеличивается прочность зуба. Уменьшения действительного радиуса контактирования должно привести к снижению усилия резания и энергетических затрат.

6. Выполненные исследования впервые позволили установить влияния износа зуба фрезы на его радиус закругления. Получено выражение для определения его величины:

R = (t„3H sin р/2 + г(1 - sin р/2))/(1 - sin ¡3/2);

7. Полученные методики позволяют определять не только усилия фрезерования при заданных геометрических и режимных параметрах, но и расчетом прогнозировать ожидаемые результаты.

8. С увеличением радиуса кривизны обрабатываемой поверхности время контакта зуба фрезы с обрабатываемым материалом выпуклой формы увеличивается, а вогнутой формы - уменьшается.

9. Полученные методики для определения мощности при фрезеровании участков различной формы деталей низа обуви по базовому и модернизированному вариантам позволяют сравнить эти варианты между собой, определить расходуемую мощность при различных геометрических и режимных параметрах, прогнозировать результат расхода мощности при конструировании новых установок для фрезерования деталей низа обуви.

10. Наилучшие результаты получены при А = 12 мм. Следовательно, при конструировании машины для фрезерования деталей низа обуви необходимо увеличивать амплитуду А и круговую частоту ni осциллирующих движений.

П. Составляющие усилия фрезерования Pi и Р2 в исследуемом диапазоне могут принимать как положительные, так и отрицательные значения.

12. Составляющие усилий фрезерования изменяются в следующих диапазонах: Qi = 4.52...48,59 Н; Q2 = 2,58...35,61 Н; Р, = -1,59...2,66; Р2 = -10,26...-0,237 Н; F, = 1,28...26,88 Н; F2 = 0,871...10,4 Н; N = 1,78...31,92 Н; F^. = 0,0396...0,912 Н; FpcU = 4,55 ...48,59 Н; Fpc3.2 = 2,67...37,29 Н.

13. Экспериментальная установка для фрезерования уреза подошв, созданная на базе машины ОМ-2Р, прошла промышленную апробацию в производственных условиях и зарекомендовала себя тем, что после выполнения операции фрезерования не надо было шлифовать урез.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах: в изданиях рекомендованных экспертным советом ВАК:

1. Е.В. Жиляев. Влияние уровня вибрации и шума механизмов машин на производительность труда на предприятиях легкой промышленности. Ж.У. Мырхалыков, Г.Д. Кайранбеков /Ж-л «Дизайн и технологии» №12 (54) Москва ИИЦМГУДТ 2009. С. 118-121 .

2. Е.В. Жиляев. Влияние низкой температуры на производительность и качество фрезерной обработки деталей обуви. В.Э. Войткевич, /Ж-л «Дизайн и технологии» №12 (54) Москва ИИЦ МГУДТ 2009. С.127-130.

В других изданиях:

3. Е.В. Жиляев, В.Э. Войткевич. Анализ технологических процессов механической обработки обувных материалов разрушением./Международный сборник статей «Инновационная среда», выпуск 2, 2008. С.14-17.

4. Е.В. Жиляев, В.Э. Войткевич. Влияние низкой температуры на производительность и качество фрезерной обработки деталей обуви./Международный сборник статей «Инновационная среда», выпуск 2, 2008. С. 17-20.

5. Е.В. Жиляев, В.В. Глебов, Ю.В. Присяжнюк, В.Э. Войткевич. Кинетика процессов гальванического наращивания и анодного фрезерования поверхности./Международный сборник статей «Инновационная среда», выпуск 2, 2008. С.22-25.

6. Е.В. Жиляев, Ю.В. Присяжнюк. Использование дискретных моделей в теории удара./Международный сборник статей «Инновационная среда», выпуск 2, 2008. С.35-38.

7. Е.В. Жиляев, Ю.В. Присяжнюк, В.В Глебов. Методы электрохимической обработки для маркирования изделий и изготовления неглубоких пресс-форм и оценка их возможностей./Международный сборник статей «Инновационная среда», выпуск 3, 2008. С.44-47.

8. Е.В. Жиляев, Ю.В. Присяжнюк, В.Э. Войткевич. Уравнение движения деформируемого стержня./Международный сборник статей «Инновационная среда», выпуск 3, 2008. С.47-50.

9. Е.В. Жиляев, Н.И. Санников, Ю.В. Присяжнюк, C.B. Кирсанов. Разработка технологий электрохимической прошивки каналов в высокоупрочпенных сплавах. /Международный сборник статей «Инновационная среда», выпуск 2, 2008. С.50-53.

10. Е.В. Жиляев, Н.И. Санников, Ю.В. Присяжнюк, C.B. Кирсанов. Прогнозирование процессов электрохимического формирования на основе их моделирования. /Международный сборник статей «Инновационная среда», выпуск 3, 2008. С.54-57.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ В ОБЛАСТИ МЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ НИЗА ОБУВИ В ПРОЦЕССЕ

ИХ ОБРАБОТКИ.

1.1. Качество и эксплуатационные свойства поверхности деталей низа обуви после механической обработки резанием.

1.2. Анализ процесса механической обработки и факторов, оказывающих влияние на разрушение деталей низа обуви при фрезеровании.

1.3. Моделирование процесса разрушения обувных полимеров при их механическом нагружении.

1.4. Возможности интенсификации процесса фрезерования деталей низа обуви и направления модернизации оборудования для механической обработки обуви резанием.

ВЫВОДЫ.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ПРОЦЕССА ФРЕЗЕРОВАНИЯ НА КАЧЕСТВО

ДЕТАЛЕЙ НИЗА ОБУВИ.

2.1. Кинематический и силовой анализ процесса фрезерования деталей низа обуви.

2.2. Разработка методики определения энергетических затрат процесса фрезерования деталей низа обуви.

2.2.1. Базовый вариант.

2.2.2. Предлагаемый вариант.

2.2.3. Проверка работоспособности математической модели.

2.3. Влияние низкой температуры на производительность и качество фрезерной обработки деталей низа обуви.

2.4. Прогнозирование результатов фрезерной обработки синтетических обувных материалов при низких температурах.

2.4.1. Уравнение состояния стеклообразных потшеров в условиях ударного нагружения и низких температур.

2.4.2. Оценка вероятности хрупкого разрушения обувных помшеров.

2.4.3. Прогнозирование наиболее значимых факторов процесса фрезерования деталей низа обуви в условиях низких температур.

ВЫВОДЫ.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ПРОЦЕССА ФРЕЗЕРОВАНИЯ НА КАЧЕСТВО

ДЕТАЛЕЙ НИЗА ОБУВИ.

3.1. Устройство и работа экспериментального стенда.

3.2. Используемые материалы.

3.3. Методика проведения эксперимента.

3.3.1. Подготовка фрезерного вала.

3.3.2. Тензометрирование.

3.4. Статистическая обработка результатов исследования процесса фрезерной обработки деталей низа обуви.

3.4.1. Анализ априорной информации.

3.4.2. Определение оптимальных режимов фрезерной обработки деталей низа обуви.

ВЫВОДЫ.

4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ НА ОБУВНЫХ РЕМОНТНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ.

4.1. Технологические требования и порядок назначения режимов резания при фрезеровании деталей низа обуви.

4.2. Обоснование и выбор вихревых холодильных аппаратов для процесса фрезерования деталей низа обуви.

4.3. Регулирование вихревых аппаратов.

4.4. Методика расчета вихревых охладителей.

Актуальность проблемы. Анализ работы предприятий по ремонту и индивидуальному пошиву обуви в России и за рубежом в условиях продолжающегося экономического кризиса показывает заметно возросшую потребность в оказании услуг населению указанными предприятиями. Прежде всего, это связано с желанием клиентов продлить срок бывшей в эксплуатации (ношенной) обуви и обеспечить при этом экономию личных финансовых ресурсов. Однако с учетом высокого уровня развития современного обувного производства и качества изготавливаемой обуви (особенно ведущих зарубежных фирм) требования клиентов к качеству ремонта обуви неизмеримо возросло. Это обстоятельство порождает для ремонтных обувных предприятий ряд проблем, главной из которых является проблема существенного повышения качества выполнения ремонтных операций, осуществляемых с помощью механического оборудования и специализированного инструмента.

Фрезерование является одним из основных процессов механической обработки деталей низа обуви. Фрезерованием удаляют излишки материала по контуру деталей и придают урезу определенную форму и гладкую поверхность. Обработку производят фрезами на машинах отечественного и зарубежного производства. Материал при фрезеровании снимается в виде стружки, изменяющей свое поперечное сечение от минимального до максимального (встречное фрезерование) или наоборот (попутное фрезерование). В результате обработки на поверхности деталей формируется определенный микрорельеф-шероховатость, обеспечивающая при выполнении дальнейших технологических операций (шлифование, полирование и др.) требуемые значения эксплуатационных характеристик обуви. Величина шероховатости и ее постоянство на любом участке обработанной поверхности являются основными критериями качества фрезерной обработки деталей низа обуви.

Однако при использовании существующих методов обработки деталей низа обуви фрезерованием добиться постоянства величины шероховатости на всей площади обрабатываемой поверхности очень сложно. Это связано со спецификой физико-механических свойств синтетических полимеров (из которых в подавляющем большинстве случае изготавливаются в настоящее время детали низа обуви), с особенностями геометрических характеристик обрабатывающего инструмента - фрез, характером их изменения в процессе работы и др. Но главной причиной, препятствующей достижению равномерной шероховатости деталей низа обуви после их обработки фрезами, является сложность формы самих деталей. Кроме того, существующие технологии не обеспечивают постоянство режимов процесса, поскольку контакт детали с инструментом поддерживается, как правило, вручную работником и, следовательно, качество обработки в этом случае зависит от его квалификации. Поэтому на практике для достижения необходимого качества обработки применяют многократное прохождение инструментом поверхностей детали. Это снижает производительность процесса и не позволяет создать высокоэффективное технологическое оборудование.

Большие возможности в повышении уровня механизации, производительности труда и улучшении качества механической обработки фрезерованием, имеет разработка и внедрение на обувных предприятиях оборудования, реализующего процесс резания так называемым «подвижным ножом».

Разрушение обувных материалов при их обработке традиционными рабочими органами (ножами, резаками, фрезами, связанным абразивом) может происходить по принципу резания «подвижным» или «неподвижным» ножом. Геометрия лезвия ножа (инструмента) при этом имеет различия. При резании «подвижным ножом», т.е. когда лезвие режущего инструмента двигается вдоль острия, появляется действительный угол резания ад, который зависит от конструктивного угла заточки инструмента ак. Это- приводит к значительному уменьшению силы резания и улучшению качества обработки. Так, если при резании «неподвижным» ножом угол резания равный углу заточки инструмента, составляет порядка 20-30°, то при резании «подвижным» ножом, например, в стационарных ленточных раскройных машинах, ад в 600

800 раз меньше ак и может составлять 6-12". Очевидно, что использование при фрезеровании деталей обуви принципа резания «подвижным ножом» должно обладать несомненными достоинствами по сравнению с традиционными технологиями.

Однако такой процесс и принцип резания в оборудовании для фрезерования деталей обуви до настоящего времени не реализованы, практически отсутствуют научно-обоснованные рекомендации по выбору оптимальных режимов фрезерования «подвижным ножом», отсутствуют технические решения, реализующие указанный принцип фрезерования.

Таким образом, повышение качества механической обработки деталей низа обуви путем использования результатов всестороннего исследования процесса фрезерования «подвижным ножом», является весьма актуальной проблемой, имеющей важное научное и практическое значение.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является повышение эффективности процесса и качества фрезерной обработки деталей низа обуви за счет применения нового способа фрезерования.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• анализ используемого оборудования для проведения механической операции фрезерования деталей низа обуви с целью выявления его недостатков и возможности использования резания «подвижным ножом» для получения высококачественного среза;

• анализ процесса механической обработки фрезерованием и факторов, оказывающих влияние на разрушение деталей низа обуви фрезой;

• теоретическое исследование процесса механической обработки фрезерованием, для чего: а) проведено исследование влияния геометрических и кинематических параметров на время контакта зуба фрезы, с участком изделия различной формы; б) разработана методика определения геометрических характеристик рабочего инструмента и выполнено ее аналитическое исследование; в) разработана методика расчета сил резания при фрезеровании и выполнить ее аналитическое исследование; г) выполнены аналитические исследования усилий фрезерования и разработана математическая модель энергетических затрат; д) разработана методология прогнозирования результатов процесса фрезерования обувных синтетических материалов в условиях низких температур, на основе которой получены аналитические зависимости для расчета оптимальных значений наиболее значимых факторов процесса фрезерования, критериев качества и максимальной производительности обработки:

• разработка методики экспериментальных исследований механической обработки деталей низа обуви фрезерованием новым способом;

• разработка рекомендаций для предприятий по ремонту обуви по внедрению нового способа фрезерования деталей низа обуви.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней:

• впервые выполнено комплексное теоретическое и практическое исследование проблемы повышения качества механической обработки фрезерованием деталей низа обуви, изготовленных из синтетических полимерных материалов, в условиях низких температур;

• впервые на основе нового способа механической обработки определены основные факторы процесса фрезерования деталей низа обуви;

• на основе анализа взаимодействия зубьев фрезы, совершающей наряду с вращательным осциллирующее движение вдоль своей оси, с обрабатываемым материалом разработана методика определения усилий фрезерования;

• определены оптимальные технологические режимы нового процесса для фрезерования деталей, низа обуви, позволяющего добиться, требуемой величины срезаемого слоя материала при одновременном уменьшении шероховатости обрабатываемой поверхности;

• разработана методика определения действительного радиуса резания фрезы.

Практическая ценность работы состоит в:

• установлении аналитических зависимостей микрогеометрии поверхности, получаемой в результате обработки фрезой, совершающей как вращательное, так и поступательное движение вдоль оси вращения, от основных факторов процесса механической обработки, которые рекомендованы для использования в инженерных расчетах;

• установлении теоретических зависимостей энергозатрат на фрезерование от основных режимных параметров механической обработки, которые могут быть использованы при инженерных расчетах;

• разработке методики определения действительного радиуса резания при фрезеровании деталей низа обуви в процессе механической обработки;

• определения усилий резания при фрезеровании с добавлением осциллирующего движения для получения требуемой микрогеометрии поверхности деталей низа обуви, позволяющих прогнозировать результат обработки и разработать исходные требования на оборудование для фрезерования деталей низа обуви.

Достоверность полученных результатов исследования обеспечивается:

• использованием в качестве теоретической и методологической базы диссертационного исследования фундаментальных трудов отечественных и зарубежных авторов по вопросам механической обработки натуральных кож и другим вопросам исследуемой проблемы;

• использованием современных методов исследования, оборудования и приборов для подготовки и проведения экспериментов и обработки полученных результатов, применением ПЭВМ и пакета прикладных программ в программной оболочке Windows-95.

Апробация работы и публикации; Материалы диссертации доложены и получили положительную оценку на научно-технических конференциях Сибирского Федерального университета (Красноярский государственный технический университет, г. Красноярск, 2006-2008 гг.), Московского государственного университета сервиса (г. Москва, 2004-2005 гг.), Московского института управления и сервиса (г. Москва, 2004-2008 гг.), Федерального государственного образовательного учреждения дополнительного профессионального образования «Государственная академия инноваций» (г. Москва, 2008 г.), Московского государственного университета дизайна и технологий (г. Москва, 2007 г.), ОАО «Рослегпром» (г. Москва, 2006, 2007 гг.).

Публикации по работе. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация содержит 181 страницу, включая 25 рисунков и 8 таблиц, состоит из введения, четырех глав, общих выводов по диссертации, списка литературы из 115 наименований, трех приложений.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Анализ существующих технологических процессов и оборудования для механической обработки деталей низа обуви фрезерованием показал, что современные машины не позволяют получить требуемую шероховатость за один проход рабочим органом поверхности детали, из-за чего возникает необходимость операции шлифования. Увеличение скорости вращения фрезы с целью получения необходимой шероховатости приводит к повышению энергозатрат и нагреву инструмента до такой температуры, что процесс резания материала переходит в процесс горения, и говорить о качестве обработки становится бессмысленным. Поэтому комплекс операций по фрезерованию и отделке уреза подошв и боковой поверхности каблуков возможно уменьшить за счет повышения качества самого фрезерования и уменьшения энергопотребления за счет сокращения операции шлифования, т.е. номенклатуры оборудования.

2. Анализ современных конструкторско-технологических разработок в области механической обработки деталей низа обуви показал, что операции резания материалов описываются общепринятой теорией клина. 'Поэтому очевидна необходимость создания новой теории, описывающей процесс фрезерования фрезой, совершающей вращательное движение с добавлением осциллирующего движения вдоль оси вращения. Такая теория совмещала бы в себе элементы теории резания подвижным и неподвижным ножом. Используемая теория резания позволяет определить мощность и усилия<резания, но разница между теоретически прогнозируемыми усилиями и реальными велика. Вероятно, недостаток этих расчетов заключается в том, что в них не учитывается действительный радиус закругления-режущей кромки ножа. В. данной научно-исследовательской работе этот недостаток ликвидирован.

3-. Установлено, что все силы сопротивления резанию по традиционному варианту остаются постоянными, т.к. они не зависят от отношения линейных скоростей. По предложенному варианту все усилия с увеличением отношения скоростей уменьшаются. Это объясняется уменьшением действительного радиуса контактирования, от которого зависит усилие F2, действующее за зуб фрезы. В исследуемом диапазоне сила 02 уменьшается от 96,7 до 74,6 Н, усилие Р2 - от 5,04 до 6,4Н, результирующая сила резания Fpe32 — от 98,0 до 75,2 Н. Отношение результирующих сил резания Fpe3.i и Fpe3o увеличивается от 1,13 до 1,3 раза. При ранее рекомендуемом отношении скоростей z = 2. Усилие резания в модернизированном варианте меньше усилия в базовом варианте в 1,13. 1,3 раза при постоянных остальных параметрах, значения которых приведены в программе исследований.

4. Исследование влияния факторов процесса фрезерования на качество обработки показало, что: а) с увеличением диаметра фрезы время ее контакта с обрабатываемым участком детали обуви уменьшается. Это объясняется тем, что с увеличением диаметра фрезы при постоянных прочих параметрах, не только увеличивается путь зуба в обрабатываемом материале, но и возрастает его линейная скорость. При увеличении диаметра фрезы увеличивается производительность обработки материала, но и при одной и той же подаче материала, а также улучшается качество обработки изделия; б) с увеличением частоты вращения фрезы время контакта зуба фрезы с обрабатываемым материалом уменьшается. Наиболее интенсивное уменьшение времени контакта наблюдается при частоте вращения п =6000-8000 мин"1. Уменьшение времени контакта объясняется увеличением линейной скорости зуба фрезы при прочих постоянных параметрах.

5. Выполненные исследования показали, что с увеличением исходного угла заточки зуба фрезы действительный угол резания возрастает, а действительный радиус контактирования'уменьшается. Поэтому для улучшения-качества обработки исходный угол заточки зуба фрезы при постоянном радиусе заточки, необходимо увеличивать, т.к. действительный радиус контактирования зуба фрезы при этом уменьшается и увеличивается прочность зуба. Уменьшение действительного радиуса контактирования приводит к снижению усилия резания и энергетических затрат.

6. Выполненные исследования впервые позволили установить влияние износа зуба фрезы на его радиус закругления. Получено выражение для определения его величины

R = (*шн sin р/2 + r(l - sin |3/2)) / (1 - sin 0/2).

7. Разработана методика позволяющая определять не только усилия фрезерования при заданных геометрических и режимных параметрах и прогнозировать ожидаемые результаты процесса фрезерования.

8. Разработана методика определения мощности при фрезеровании участков различной формы деталей низа обуви, позволяющая определить расходуемую мощность при различных значениях конструктивно-технологических факторов процесса фрезерования, а также прогнозировать расход мощности при конструировании новых установок для фрезерования деталей низа обуви.

9. Установлено, что температура является фактором интенсификации процесса фрезерования полимерных деталей. Экспериментально подтверждена взаимосвязь температуры поверхности обрабатываемого материала с частотой его нагружения и разрушающими контактными напряжениями в материале. Показано, что с изменением температуры и частоты нагружения механизм изнашивания поверхности материала деталей низа обуви изменяется от усталостного к хрупкому. Подтверждена целесообразность использова-" ния низких температур при фрезеровании полимерных деталей для формирования равномерной шероховатости поверхности.

10. Исследование процесса фрезерования деталей низа обуви с применением осциллирующего движения фрезы и низкотемпературного охлаждения обрабатываемой поверхности позволило выявить шесть наиболее значимых факторов процесса: скорость резания; время обработки; скорость осевого перемещения фрезы; угол заточки фрезы; диаметр фрезы; температура охлаждения поверхности образца.

11. Предложена методология, позволяющая прогнозировать результаты фрезерования деталей обуви, изготовленных из любых синтетических обувных материалов. Сущность методологии состоит в выявлении общих закономерностей поведения обувных полимеров как определенного класса материалов и изменения их термодинамических характеристик в условиях ударного нагружения и низких температур; оценки вероятности хрупкого разрушения материала в процессе ударно-абразивной обработки; определении с помощью соответствующих методик численных значений факторов процесса фрезерования, а также условий достижения показателей его эффективности, обеспечивающих требуемые качество и производительность обработки.

12. В соответствии с предложенной методологией прогнозирования обобщены известные экспериментальные данные по ударному сжатию ряда полимеров, используемых в различных отраслях промышленности, в том числе на обувных ремонтных предприятиях, и определена единая ударная адиабата для этих материалов; кроме того с учетом теоретической модели твердого тела в приближении Дебая и ударной адиабаты выведены обобщенные уравнения состояния, выражение для внутренней энергии и ряд других термодинамических соотношений для твердых (стеклообразных) полимеров, позволяющие представить физическую природу процессов, происходящих в таких полимерах в условиях ударного нагружения, и эффективно управлять этими процессами в случае фрезерной обработки.

13. На основе трёх физико-статистических моделей, адекватных реальному процессу хрупкого разрушения обувных синтетических полимеров в условиях фрезерования и низких температур, с помощью статистических методов получены аналитические выражения для функций распределения хрупкой прочности стеклообразных полимеров, позволяющие прогнозировать поведение обрабатываемых материалов при фрезерной обработке и ее эффективность. Показано, что в большинстве случаев разрушения хрупких полимерных материалов наилучшее представление результатов испытаний и наиболее надёжную основу для экстраполяции дают асимптотическое распределение наименьших значений и нормальное распределение, связанные с моделями: наислабейшего звена и произвольно расположенного пучка, в сочетании с гриффитсовской концепцией неустойчивости трещины.

14. Предложена методика расчета глубины охлаждения обрабатываемых деталей, позволяющая определить такие условия охлаждения полимерного материала при фрезеровании, при которых волны напряжений, вызываемые ударами зубьев фрезы, не разрушат внутреннюю структуру материала, а процесс обработки деталей будет производительным и экономичным.

15. Установлена зависимость температуры механического стеклования полимерного материала, как критерия хрупкого разрушения полимера при фрезеровании, от частоты нагружения, позволяющая при известном значении частоты рассчитывать такую температуру охлаждения, при которой материал переходит в стеклообразное состояние и при фрезеровании реализуется процесс хрупкого разрушения материала.

16. Предложена методика расчета глубины удаляемого слоя материала при фрезеровании, позволяющая назначать такие режимы фрезерования, которые обеспечивали бы требуемые эксплуатационные свойства обрабатываемых деталей.

17. Проведены многофакторные эксперименты по определению оптимальных режимов фрезерования деталей низа обуви и составлены адекватные исследуемому процессу математические модели, описывающие зависимость шероховатости поверхности от основных факторов процесса для ряда синтетических обувных материалов, которые могут быть использованы в инженерных расчетах.

18. Апробация результатов исследований в производственных условиях показала, что обработанные новым методом фрезерования изделия отличаются высоким качеством подготовки поверхности, равномерностью обработки по всей площади, а использование низкотемпературного охлаждения деталей перед фрезерованием способствует интенсификации технологических процессов ремонта обуви. Обработка поверхности деталей низа новым методом уменьшение шероховатости обработанных поверхностей деталей низа, обуви в среднем в 3' раза по сравнению с нормируемой величиной, а продолжительность обработки снижается до 5 раз.

1. Прохоров В.Т. Оптимизация технологического процесса приклеивания деталей низа обуви растворными клеями: Автореф. дис. . канд. техн. наук. -М., 1972.-24 с.

2. Прохоров В.Т., Гвоздёв Ю.М. Оптимизация механической обработки при склеивании обувных материалов // Кожевенно-обувная пром-сть. 1972. №9.-С. 28-33.ь *

3. Бескоровайный В.В. Исследование и разработка процесса струйно-абразивной обработки деталей обуви с целью создания технологической установки: Автореф. дис. . канд. техн. наук. — М., 1983. — 24 с.

4. Бабин Г.Е. Механическая обработка деталей низа обуви — М.: Лег-промбытиздат, 1986. -128 с.

5. Валуева З.А. Исследование неравномерности прочности клеевого крепления подошвы кожаной обуви: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Киев, 1983.-27 с.

6. Справочник обувщика. — М.: Легпромбытиздат, 1988. — 432 с.

7. Толстов Б.М., Пикулина Л.А. Состояние и развитие струйно-абразивной обработки. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1990. - 38 с.

8. Билик Ш.М. Абразивно-жидкостная обработка металлов.- М.: Маш-гиз, 1960.-363 с.

9. Клейс И.Р. Некоторые исследования абразивной эрозии. — Дис. . д-ра техн. наук. Таллин, 1970. - 270 с.

10. Пичко А.С. Исследование процесса струйно-абразивной пневматической обработки поверхности деталей: Автореф. дис. . канд. техн. наук. — Ростов-на-Дону, 1969. 22 с.

11. Проволоцкий А.Е. Исследование процесса гидроабразивной обработки сложнопрофильных поверхностей: Автореф. дис. . канд. техн. наук.

12. Днепропетровск, 1974. 17 с.

13. Эйзнер JI.A. Применение эффективных методов и средств струйно-абразивной обработки для повышения производительности труда на отде-лочно-зачистных операциях: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Гомель, 1983.-23 с.

14. Пенкин Н.С. Износостойкость гуммированных деталей машин в абразивных средах. Дис. д-ра техн. наук. - Ставрополь, 1978. — 458 с.

15. Бескоровайный В.В., Юрченко В.И. Механизмы хрупкого разрушения и мягчения натуральных кож ударом — Новочеркасск: ЮРГТУ (НИИ), 2004.- 126 с.

16. Кулезнев В.Н., Шершнев В.А. Химия и физика полимеров. М.: Высш. школа, 1988. - 321 с.

17. Абразивная и алмазная обработка материалов. М.: Машиностроение, 1977.-562 с.

18. Юрченко В.И., Бескоровайный В.В. Механическая обработка обуви и перспективы её развития: учеб. пособие. М.: МТИ, 1987. — 73 с.

19. Юрченко. В.И.' Влияние конструктивно-технологических факторов на интенсификацию процесса струйно-абразивной обработки деталей низа обуви перед склеиванием: Автореф. дис. .канд. техн. наук. — М., 1990. —28с.

20. Кольский Г., Рейдер Д. Волны напряжений и разрушение // Разрушение.-М.: Мир, 1973. Т.1. - С. 570-608.

21. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости. — М.: Наука, 1987.246 с.

22. Кухлинг X. Справочник по физике. — М.: Мир, 1982. — 520 с.

23. Фарберова И.И., Ратнер С.Б. Влияние состава пластмасс на их износостойкость // Пластические массы. — 1967. № 1. — С. 64 —67.

24. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. — 526 с.

25. Goodwin J.E., Sage W., Tilly G. A Study of Erosion by Solid Particles. Proc. Inst. Mech. Engrs, London, vol. 184, 1969, p. 279-292.

26. Sage W., Tilly G. A Significance of Particle Size in Sand Erosion of Small Gas Turbines. Aeron. J., vol. 73, 1969, p.427.

27. Тагер А.А. Физикохимия полимеров. M.: Химия, 1978. - 544 с.

28. Ионов В.Н., Огибалов П.М. Напряжения в телах при импульсном нагружении. — М.: Высш. школа, 1975. — 463 с.

29. Каргин В.А., Слонимский Г.Л. Краткие очерки по физико-химии полимеров. М.: Химия, 1967. — 232 с.

30. Бартенев Г.М., Зуев Ю.С. Прочность и разрушение высокоэластических материалов. М.: Химия, 1964. — 386 с.

31. Бартенев Г.М., Зеленев Ю.В. Курс физики полимеров. — Л.: Высш. школа, 1976.-288 с.

32. Бартенев Г.М., Лаврентьев В.В. Трение и износ полимеров. Л.: Химия, 1972.-236 с.

33. Энциклопедия полимеров. М.: Сов. энциклопедия, 1974. — Т. 1-3.

34. Клейс И.Р. О возможностях создания методики расчета деталей на ударный износ // Тр. Таллинского политехи, ин-та. — Таллин, 1966. — Сер. А. №237. — С.103-111.

35. Стыллер Е.Е., Непомнящий Е.Ф., Ратнер С.Б. Трение и износ полимерных материалов под воздействием струи твердых частиц // Повышение износостойкости и сроки службы машин. Киев: УКРНИИНТИ, 1970. — Вып.1.. С.122-128.

36. Тадольдер Ю.А. Некоторые количественные зависимости абразивного изнашивания технически чистых металлов // Тр . Таллинского политехи, ин-та. Таллин, 1966. - Сер. А. -№237. - С.3-13.

37. Клейс И.Р. Об изнашивании материалов в абразивной струе // Тр. Таллин ского политехи, ин-та. — Таллин, 1966. — Сер. А. —№ 237. — С. 103-111.

38. Пенкин Н.С. Влияние упругих свойств материалов на процесс изнашивания потоком абразивных частиц // Тр. Ленинградского ин-та водного транспорта. -1966. Вып. 86. - С. 43-50.

39. Ратнер С.Б., Лурье Е.Г. Износ полимеров как процесс усталостного разрушения // Теория трения и износа. — М.: Наука, 1965. С.156-159.

40. Пенкин Н.С. Гуммированные детали машин. М.: Машиностроение, 1967.-200 с.

41. Веллингер К., Уетц Г. Изнашивание струёй абразивного материала // Сб. тр. и переводов обзоров ин. лит. Сер. машиностр. — 1956. № 2 (32). — С.52-77.

42. Кильчевский Н.А. Динамическое контактное сжатие твердых тел. Удар. Киев: Наук, думка, 1976. — 314 с.

43. Александров Е.В., Соколинский В.Б. Прикладная теория и расчеты ударных систем. М.: Наука, 1969. - 568 с.

44. Материалы V Всесоюзного симпозиума по механоэмиссии и меха-нохимии твердых тел. Таллин: Валгус, 1977. — 162 с.

45. Крылова И.В. О единстве механизма механохимических и механо-эмиссионных явлений // Докл. VIII Всесоюзного симпозиума по механохи-мии и механоэмиссии твердых тел. — Таллин: Валгус, 1986. — С. 202-208.

46. Витман Ф.Ф., Степанов В.А. Влияние скорости.деформирования на сопротивление деформированию при скоростях удара 10-10 м/с. Некоторые проблемы прочности твердого тела / АН СССР. М.-Л.: Наука, 1959. - С.207.

47. Николаевский В.Н. Динамическая прочность и скорость разрушения // Удар, взрыв и разрушение. — М.: Наука, 1981. — 232 с.

48. Муталлимов Ш.М. Некоторые задачи волновой динамики гибких связей при ударе твердым телом: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. — Киро-вобад, 1986.-48 с.

49. Рахматулин X.А. Поперечный удар по гибкой нити телом заданной формы // Проблемы матем. и механики. 1952. - Т. 16. - №2. - С. 23-34.

50. Сагомонян А.Я. Взаимодействие бойка и полубесконечной преграды при больших скоростях соударения // Вестник МГУ. Сер. Математика и механика. 1964. - №5. -С.39-48.

51. Эйгельбергер Р., Кайнике Д. Высокоскоростной удар // Физика быс-тропротекающих процессов. М.: Мир, 1976. — 456 с.

52. Григорян С.С. О динамике начальной стадии соударения тел с большими скоростями // Некоторые вопросы механики сплошной среды: Сб. науч. тр. МГУ. — М.: 1978. С. 157-172.

53. Андрианкин Э.Е. Теоретические вопросы физики удара: Автореф. дис. д-ра техн. наук. -М.: 1977.-48 с.

54. Гольдсмит В. Удар. Теоретические и физические свойства соударяющихся тел. М.: Стройиздат, 1965. — 448 с.

55. Меджлумян В.Д. О динамике начальной стадии соударения тел с большими скоростями: Автореф. дис. канд. техн. наук. М.: МГУ, 1989. -28 с.

56. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. — М.: Наука, 1966. 518 с.

57. Дейч М.Е., Зарянкин Д.Е. Гидродинамика. М.: Энергоатомиздат, 1984.-384 с.

58. Христианович С.А. Механика сплошных сред. — М.: Наука, 1981. —483 с.

59. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика сплошных сред. — М.: Гос. изд-во технико-теор. лит-ры, 1953. — 787 с.

60. Журков С.Н. Кинетическая концепция прочности твердых тел II Вестник АН СССР. М.- №3. - С.46-52.

61. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1976. — 607 с.

62. Гуль В.Е., Кулезнев В.Н. Структура и механические свойства полимеров. — М.: Высш. школа, 1966. — 316 с.

63. Александров Ю.А., Лазуркин Ю.С. Изучение полимеров // Журнал технической физики. 1939. -Т.1249. -№9. С. 38-71.

64. Власенко В.М., Феоктистов С.И. Удар. Теория и практика. Владивосток: Изд-во Дальневосточного ун-та, 1987. — 155 с.

65. Лачуга Ю.Ф., Ксендзов В.А. Теоретическая механика. М.: Колос, 2000.-376 с.

66. Батуев Г.С., Голубков Ю.В. и др. Инженерные методы исследования ударных процессов. — М.: Машиностроение, 1969. — 251 с.

67. Hertz Н. Gesammelte Werke, Bd.l.-Leipzig, 1985.

68. Штейман И.Я. Обобщенная теория Герца местных деформаций при сжатии упругих тел // ДАН СССР. T.XXIX. - 1940. - №3. - С. 179-181.

69. Яблонский А.А., Норейко С.С. Курс теории колебаний. — М.: Высш. школа, 1975.-248 с.

70. Сагомонян А.Я. Проникание. — М.:Изд-во Моск. ун-та, 1974. — 298с.

71. Кильчевский Н.А. Теория соударения твердых тел. — Киев: Наук, думка, 1969.-245 с.

72. Griffith А.А., Phil Trans. Roy. Soc. (London), Ser. A, 221, 163 (1921).

73. Inglis C.E., Trans. Inst. Naval Architects (London), 55, 219 (1913).

74. Charles R.J., Progress in Ceramic Sciense (Burke J.E. ed.), Vol.1, Per-gamon Press, New York, 1961, p. 1.

75. Orowan E., Proceedings of the Symposium on Fatigue and Fracture of Metalls, Wiley, New York, 1950, p.150.

76. Schoening F.R.L, J. Appl. Phys., 31, 1779 (1960).

77. Charles R.J., J. Appli Phys., 29, 1549 (1958).

78. Журков C.H. Кинетическая теория прочности // Вестник АН СССР. -М.: Наука, 1968.-№3. С.46-52.

79. Журков С.Н. Дилатонный механизм прочности твердых тел //ФТТ.- 1963. Т.25. Вып. 10.-С. 3119-3123.

80. Журков С.Н., Нарзуллаев Б.Н. Временная зависимость прочности твердых тел // Журнал технической физики. Т.23. - 1953. — Вып. 10. — С. 16771689.

81. Beeky F, J. Appl. Phys., 28, 784 (1957).

82. Стыллер Е.Е. Трение при ударе // О природе трения твердых тел. — Минск: Наука и техника, 1971. С. 438-443.

83. Динник А.Н. Избранные труды // АН УССР. Киев, 1952. - Т.1. -С.182-196.

84. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1987.840 с.

85. Разрушение / Под ред. Г. Либовица. -М.: Мир, 1973. — Т.1. 616 с.

86. Эрдоган Ф. Теория распространения трещин // Разрушение. М.: Мир, 1975.- Т.2.-С. 521-615.

87. Бескоровайный В.В., Лебедев B.C., Устинов В.П. К вопросу о получении необходимой шероховатости поверхности обувных материалов // Сб. научн. тр. НИТХИБ: М., 1981.-Вып. 19. С.125-131.

88. Соколинский В.Б. Научно-методические основы расчета ударных систем горных машин: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. — М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1972. 48 с.

89. Перепечко И.И. Акустические методы исследования полимеров. — М.: Химия, 1973.-293 с.

90. Берри Д.П. Разрушение стеклообразных полимеров // Разрушение. — М.: Мир, 1976. Т.7, Ч. II. - С. 7-65.

91. Штучный Б.П. Механическая обработка пластмасс. М.: Машиностроение, 1987. — 152 с.

92. Абрамович Г.Н. О влиянии примеси твердых частиц или капель на структуру турбулентной струи // ДАН СССР. 1970. - Т. 190, № 5. - С. 118125.

93. Абрамович Г.Н., Бажанов В.И., Гиршович Т.А. Турбулентная струяс тяжелыми примесями // Изв. АН СССР. Механика жидкости и газа. 1972. -№6. - С.41-49.

94. Лаатс М.К., Фришман Ф.А. Разработка методики и исследование интенсивности турбулентности на оси двухфазной турбулентной струи // Изв. АН СССР. МЖГ.- 1973.-№2.-С. 153-157.

95. Лаатс М.К., Фришман Ф.А. О допущениях, применяемых при расчете двухфазной струи // Изв. АН СССР. МЖГ. 1970. - №2. - С. 125-129.

96. Шлитхтинг Г. Теория пограничного слоя. — М.: Ин. лит-ра, 1956. —496 с.

97. Станюкевич К.П. Неустановившиеся движения сплошной среды. — М.: Гостехиздат, 1955. — 432 с.

98. Андилахай А.А. Струйно-абразивная гидроротационная обработка мелких деталей: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Тула. 1983. - 26 с.

99. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1966. - 724 с.

100. Дубовик А.С. Фотографическая регистрация быстропротекающих процессов. М.: Наука, 1984. - 320 с.

101. Бусройд Р. Течение газа со взвешенными частицами. М.: Мир, 1975.- 378 с.

102. Ринкевичус Б.С. Лазерная анемометрия. М.:Энергия, 1978. -160с.

103. Козелкина З.В. Исследование динамики воздушной турбулентной струи с твердыми частицами: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 1969. -22 с.

104. Перри К.К., Лисснер Г.Р. Основы тензометрирования. — М.: Ин. лит-ра, 1958.-324 с.

105. Исследование турбулентных течений двухфазных сред /Под ред. И.Г. Кутателадзе. Новосибирск. — 1973. - 118 с.

106. Статистические методы в инженерных исследованиях / Под ред. Г.К. Круга. — М.: Высш. школа, 1983. 384 с.

107. Альтшулер Л.В., Крупников К.К. Динамическая сжимаемость иуравнение состояния железа при высоких давлениях // Журн. эксперим. и теорет. физ. 1958. - Т.34. №4. - С. 32-38.

108. Гоголев В.М., Мыркин В.Г. Приближенное уравнение состояния твердых тел // ПМТФ. 1963. - №5. - С. 93-98.

109. Вигли Д.А. Механические свойства материалов при низких температурах. М.: Мир, 1974. - 374 с.

110. Перепечко И.И. Свойства полимеров при низких температурах. -М.: Химия, 1977.-272 с.

111. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. М.: Наука.288 с.

112. Суслов А.Д., Иванов С.В. и др. Вихревые аппараты. — М.: Машиностроение, 1985. -256 с.

113. Тихомиров В.Б. Планирование и анализ эксперимента. — М.: Легкая индустрия, 1974. 128 с.