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

2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования ГОУ ВПО Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса (ГОУ ВПО ЮРГУЭС),

на кафедре Машины и аппараты бытового назначения

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 л __ 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 Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса.

Текст автореферата размещен на сайте ГОУ ВПО ЮРГУЭС: http//www.sssu.ru.

Автореферат разослан л____ ноября 2009г.

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. Материл 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 д, который зависит от конструктивного угла заточки инструмента к. 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 о, то при резании подвижным ножом, например, в стационарных ленточных раскройных машинах, д в 600-800 раз меньше к 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;

• 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 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 Windows-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 л 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 (нет 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.