Исследование параметров рациональной вытяжки заготовки верха обуви при формовании на колодке

МРНТИ 64.41.21                                  

Эксплуатационные свойства обуви, экономические показатели и внешний вид ее в немалой степени зависят от качества проведения технологической операции по формованию заготовок верха обуви на колодке и тенднции дизайна продукции в обувной промышленности [1].

Как показывают исследования [2, 3], распределение средних (по ширине союзки) значений поперечных удлинений по площади союзки в немалой степени зависит от величин абсолютной вытяжки заготовки на различных ее краевых участках, то есть от рабочих ходов исполнительных механизмов обтяжно-затяжных машин, производящих непосредственное растяжение верха обуви.

Для качественного формования верха обуви на обтяжно-затяжной машине исполнительные механизмы (например, механизмы стелечного упора и клещей) должны удовлетворять следующим технологическим требованиям:

• 1.    Растяжение заготовки верха обуви на требуемую наперед заданную величину деформации.

• 2.    Обеспечение равномерного формования заготовки по площади верха обуви.

• 3.    Формование без перекосов заготовки на колодке и т.п.

Указанные требования выполнимы только при соответствующих расчетах рабочих исполнительных механизмов обтяжно-затяжной машины на различных участках заготовки с учетом таких факторов, как, например:

• 1.    Ширина участка заготовки, подвергающегося растяжению.

• 2.    Величина требуемой (рациональной) деформации материала заготовки в зависимости от его тягучести.

• 3.    Закономерность распределения удлинения заготовки вдоль огибаемого контура колодки (пуансона) при формовании.

• 4.    Координата расположения нейтрального сечения заготовки, от которого меняется направление деформации материала верха обуви на колодке (пуансоне) и т.п.

Равномерное растяжение верха обуви вдоль огибаемых контуров формующей поверхности пуансона воздействием на заготовку неравномерно распределенного температурного поля или влажности позволяет существенно облегчить инженерный расчет величины вытяжки заготовки на различных участках. Кроме того, в зависимости от тягучести заготовки и режима формования верха обуви [4-8] возможен расчет рациональных размеров заготовки, что позволяет более эффективно использовать кожевенные материалы.

Целью данной работы является повышение формоустойчивости изготавливаемой обуви и экономия верхних кожтоваров за счет научно обоснованных размеров площади исходной заготовки с учетом рациональной деформации ее, конфигурации огибаемого контура формующей поверхности обувной колодки (пуансона) и т.п.

Материалы и методы исследований

В качестве объекта исследования принята заготовка верха обуви шириной 10 мм, под-вергающася равномерному растяжению исполнительными механизмами машины на участке неравномерно обогреваемого пуансона (колодки) [5] с контуром формующей поверхности типа «парабола-окружность» [9] под действием усилий формования P с заданным расположением нейтрального сечения заготовки (рис. 1).

Исследования проведены расчетно-аналитическим методом. Математические уравнения, полученные при этом, будут актуальны при проектировании верха обуви с использованием современных информационных и компьютерных технологий [9, 10, 13], обеспечивающих хорошую формоустойчивость и рациональное использование натуральных кожевенных материалов для верха обуви [11, 12].

Результаты и их обсуждение

Расчет параметров рациональной вытяжки (рабочих ходов исполнительных механизмов клещей, стелечного упора в обтяжно-затяжных машинах типа ЗНК) верха обуви произведем при допущении, что вид напряженно-деформированного состояния заготовки вдоль всего огибаемого контура пуансона (в зоне контакта заготовки с огибаемой поверхностью пуансона при вытяжке верха обуви) неизменен.

Принимая во внимание принятое допущение, определим широтные размеры (S 1 и S 2 ) рассматриваемого участка верха обуви от нейтрального сечения до ее концов после растяжения

• S 1 = S O ̆ B + S OA ₁ +З (1)

S2=SD̆B+SDA +З , где: З-величина припуска на затяжную кромку заготовки.

Рисунок 1. Схема к расчету величины вытяжки заготовки верха обуви на формующей поверхности типа «парабола - окружность»

Соответственно широтные размеры (L 1 и L 2 ) нерастянутой (исходной) заготовки от нейтрального сечения до ее краев равны

L 1=1 6в ^{+ 1} on 1 + K                           ⁽²⁾

L 2=Idв+Odn^ +K, где:     loв, Ion , Idв, Idn - 2 размеры заготовки до растяжения, соответствующие участкам (B, ON, ^B и DN2;

К - ширина захвата заготовки губками клещей.

Следовательно, исходная ширина L рассматриваемого участка заготовки до растяжения равна

L = L i + L 2 .                                (3)

Величины абсолютной вытяжки заготовки по обе стороны от ее нейтрального сечения могут быть определены из следующих выражений

² 1 = S 1 - L 1 = S (в - 1 (в + S oa i +З- I on i — K ,         (4)

X 2 = S 2 - L 2 = S d в - I d в + S da 2 +З- I dn 2 - K .

В тех случаях, когда вытяжка заготовки на колодке осуществляется только механизмами клещей, (как, например, в машинах типа ОМ, ЗВ и др.), требуемые рабочие ходы последних могут быть рассчитаны по формулам (4).

Однако в обтяжно-затяжных машинах типа ЗНК, основная вытяжка заготовки в процессе ее формования осуществляется механизмами стелечного упора, а клещи служат только для удержания заготовки при растяжении, а также для устранения перекосов или недостающей вытяжки, что производится оператором вручную при помощи специальных рукояток, которыми снабжены боковые и пучковые клещевые механизмы. Такая конструкция обтяжно-затяжных машин типа ЗНК значительно затрудняет работу оператора, снижает производительность машины и не позволяет автоматизировать процесс формования верха обуви. Кроме того, перемещением одним стелечным упором невозможно достигнуть равномерного распределения удлинений по площади носочно-пучковой части верха обуви при формовании из-за больших колебаний широтных размеров по длине союзки.

В связи с этим целесообразно клещевые механизмы в машинах типа ЗНК снабдить дополнительными индивидуальными гидроприводами для растяжения верха обуви на недостающие (для равномерного формования) величины вытяжки отдельных участков заготовки [10].

Кроме того, так как обувная колодка (пуансон) представляет собой несимметричное тело, то каждый клещевой механизм должен иметь свой заданный рабочий ход (вытяжку заготовки), который может быть определен по следующим формулам h1=21-П (5)

h2=2 2-П, где: П – величина подъема стелечного упора.

Таким образом, для расчета величин вытяжки заготовки по колодке по формулам (4) и (5) необходимо определить следующие неизвестные данные: l_O ̆ _B ; l_D ̆ _B ; l ON ; l DN ; K .

Определим их.

Длина элементарного участка нерастянутой заготовки равна dl= dS , 100-1ℇ+1

где: ℇ – заданная величина относительной деформации заготовки, %.

Учитывая, что dS=√1+(y x́)2dx, имеем

√1+(y ) ² dx dl=   ~,

100-1 ℇ+1

где: y(x) - функция, описывающая конфигурацию огибаемого контура пуансона.

В рассматриваемом примере формования верха обуви на пуансоне с контуром огибаемой поверхности типа «парабола-окружность» [14]

y ŎB =√2Hx×[1-v(x)]+[√R2-(x-d)2+γ]v(x),(8)

где:         v ( x )= { ^{0 при x < δ}

1 при δ≤x

Подставляя (8) и (9) в (7) и произведя интегрирование, получим l =   ’    [/6 ^+HdX + f;R

ŎB 100-1ℇ+1     0       2x       δ 22

√P -(x-d)

[2V6(6 + ^H )+Hln V62+V6+0EH+R( arcsin c^-d -

100-1ℇ+1             2            √0,5HR arcsin ^d)],(10)

R l =      1    • arccosc-d.(11)

BD 100-1ℇ+1

Для определения lON и lDN составим следующие соотношения (см. рис.1)

З+SOA -К=(100^-1ℇ∙f+1)lON

З+SDA -К=(100^-1ℇ∙f+1)lDN , 2                             2

Откуда       lON = ^З+S-^O1^A1^-K_и

¹   100 ℇ∙f+1

З+SDA2 -K lDN2 = 100-1ℇ∙f+1 ,                                (12)

^где:f^{= ℇ0} - коэффициент, учитывающий отличие величины относительной деформации ℇ заготовки на огибаемой поверхности пуансона от деформации ℇ0 на краевых участках верха обуви, где наблюдается преимущественно одноосное напряженное состояние.

Так как величина равномерной деформации при расчете рабочих ходов клещевых механизмов задается предварительно, то очевидно, что усилие вытяжки P участка заготовки шириной 10 мм будет зависеть от величины удлинения верха обуви на границе контакта последнего с огибаемой поверхностью пуансона. Тогда, согласно формуле [15]

ℇ=(17,89+0,192T)Q^0,715

при х=0 или х=d+R, имеем n E p= 100V-                       (13)

В выражении (13) показатели A и n механических свойств заготовки определяются по известной методике [15] испытания обувных материалов, учитывая при этом вид напряженно-деформированного состояния верха обуви на рассматриваемом участке огибаемой поверхности пуансона, определяемый по известным картограммам деформации заготовок обуви при обтяжно-затяжном методе формования верха обуви.

По известному усилию формования (13) и показателям показатели A и n механических свойств обувных материалов при одноосном растяжении имеем

E =A ( p. ) n0

0    0

Таким образом, f=A • E -1 (P ) n0

В частном случае, когда заготовка верха обуви подвергается на огибаемой поверхности неравномерно обогреваемого пуансона одноосному растяжению f=1.

Расчет рабочих ходов боковых клещей обтяжно-затяжных машин типа ЗНК на других участках неравномерно обогреваемого пуансона с контурами огибаемой поверхности типа «эллипс-окружность» [8] производится совершенно аналогично вышерассмотренному примеру.

Результаты работы позволят повысить качество изготавливаемой обуви, снизить себестоимость ее за счет научно обоснованного конструирования рациональных размеров и площади исходной заготовки верха обуви, а также совершенствовать оборудование для формования заготовок верха обуви на колодке.

Заключение

Получены аналитические зависимости для расчета рациональной вытяжки (рабочих ходов клещевых механизмов, стелечных упоров в обтяжно-затяжных машинах) носочнопучковой части заготовки верха обуви. Эти формулы позволят определить рациональные размеры исходной заготовки с учетом формы и габаритных размеров обувной колодки (пуансона), величины рациональной деформации материалов для верха обуви и требуемого местонахождения нейтрального сечения заготовки при формовании. Последний фактор необходимо учитывать с целью предотвращения перекоса заготовки в процессе ее вытяжки из-за несимметричности формы обувной колодки.