Разработка и исследование точечного инструмента с абразивным напылением для раскроя материалов

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

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

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

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

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

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

Задачи исследования.

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

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

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

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

5. Анализ и рекомендации по способам изготовления ТМРИ.

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

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

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

Для проведения исследований были разработаны и изготовлены экспериментальные стенды.

В работе использовалась вычислительная техника.

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

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

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

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

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

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

ВЫВОДЫ.

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

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

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

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

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

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПО РАБОТЕ.

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

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

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

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

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

Работа была выполнена на базе патента РФ № 2 127 340 от 10.03.99 «Устройство для раскроя настилов полотен материала», заявитель МГАЛП, в котором ТМРИ предложено выполнять в виде натянутой струны с режущим слоем, образованным зернами твердого сплава, либо алмазной крошкой.

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

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

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

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

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

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

Предложены схемы режущих устройств и раскройного агрегата с.

ТМРИ.

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

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