Совершенствование технологии ударно-абразивной обработки неходовой поверхности формованных деталей низа обуви клеевого метода крепления
В.
И. ЮрченкоБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Юрченко
В.
И. Совершенствование технологии ударно-абразивной обработки неходовой поверхности формованных деталей низа обуви клеевого метода крепления // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2015. – Т. 13. – С.
806–810. – URL:
http://e-koncept.ru/2015/85162.htm.
Аннотация. Рассматривается возможность совершенствования технологии ударно-абразивной обработки неходовой поверхности формованных деталей низа обуви клеевого метода крепления. Анализируются существующие технологии механической обработки деталей низа обуви перед склеиванием. Приводится описание технологических операций и оборудования для реализации технологии плакирования неходовой поверхности деталей низа обуви материалом с заданной шероховатостью поверхности с использованием метода ударно-абразивной обработки.
Ключевые слова:
износ; шероховатость поверхности; абразивные частицы; воздушно-абразивная струя; плакирование; литьевое формование; адгезия; когезия
Текст статьи
Юрченко Владимир Ильич,доктор технических наук, профессор, директор Общества с ограниченной ответственностью «Юрченко и К», г. Шахты Ростовской области
Совершенствование технологии ударноабразивной обработкинеходовой поверхности формованных деталей низа обувиклеевого метода крепления
Аннотация. Рассматривается возможность совершенствования технологии ударноабразивной обработки неходовой поверхности формованных деталей низа обуви клеевого метода крепления. Анализируются существующие технологии механической обработки деталей низа обуви перед склеиванием. Приводится описание технологических операций и оборудования для реализации технологии плакирования неходовой поверхности деталей низа обуви материалом с заданной шероховатостью поверхности с использованием метода ударноабразивной обработки.Ключевые слова: износ; шероховатость поверхности; абразивные частицы; воздушноабразивная струя; плакирование; литьевое формование; адгезия; когезия.
Анализ основных направлений развития обувной промышленности в России и за рубежом показывает, что в настоящее время наиболее распространенным методом крепления (сборки) деталей верха и низа обуви является клеевой. Около 80% объема производимой в мире обуви составляет обувь клеевого метода крепления. Подавляющая часть обуви (свыше 75%) этого метода крепления изготавливается с использованием для низа (подошв, каблуков) различных синтетических материалов: резин, полиуретана, поливинилхлорида, термоэластопластов и др. [1].Для достижения высокой адгезии соединяемые поверхности верха и низа обуви перед нанесением клея механически обрабатываются. В результате обработки различными рабочими органами (шарошками, фрезами, абразивными кругами, лентами, шкурками, брусками и др.) на поверхности деталей формируется определенный микрорельеф шероховатость, обеспечивающая при выполнении дальнейших технологических операций (нанесение клеевой плёнки, прессование и др.) требуемые значения прочности клеевого соединения и эксплуатационных характеристик готового изделия обуви. Величина шероховатости Нсри ее постоянство на любом участке обработанной поверхности являются основными критериями качества механической обработки деталей обуви перед склеиванием.Необходимость механической обработки особенно важна для деталей низа, изготовленных методами литья и формования. Это объясняется тем, что любая из современных технологий производства деталей низа, основанная на указанных методах, предусматривает предварительный нагрев (активацию) полимерной композиции до пластичного состояния и последующее её охлаждение [1]. В результате выполнения основных технологических операций готовые изделия (подошвы, каблуки) имеют характерную гладкую «литую» поверхность с низким показателем шероховатости как на лицевой стороне, так и на подоснове (неходовой части). Поэтому для обеспечения высокой адгезии клеевого соединения шероховатость поверхности неходовой части формованных деталей низа увеличивают путем последующей механической обработки.Для достижения максимальной прочности клеевого соединения, как показано в работах [2, 3], необходимо в результате механической обработки получить поверхность с равномерной (постоянной) шероховатостью, то есть Нср= const. Причем максимум прочности склеивания обеспечивается при вполне определенных значениях Нср, в большинстве случаев далёких от максимальных [2].Однако, как показывают исследования [4], добиться постоянства величины шероховатости Нсрповерхности деталей низа обуви при использовании существующих методов механической обработки очень сложно. Это связано со спецификой физикомеханических свойств синтетических обувных материалов, с особенностями геометрических характеристик обрабатывающего инструмента, характером их изменения в процессе обработки и др. Но главной причиной, препятствующей достижению равномерной шероховатости обрабатываемых поверхностей после механической обработки деталей низа существующими способами, является сложность формы самих деталей. Например, традиционными инструментами крайне трудно произвести качественную обработку поверхностей под затяжную кромку и практически невозможно внутренних поверхностей буртиков. Кроме того, при обработке деталей не обеспечивается постоянство режимов процесса (точнее, постоянство отношения скорости подачи детали к скорости резания инструмента), поскольку контакт детали с инструментом поддерживается, как правило, вручную рабочим и, следовательно, качество обработки в этом случае целиком зависит от его квалификации [4, 5]. В результате равномерность прочности клеевого соединения не обеспечивается (например, исследования [6] показывают, что 40% обуви, не выдержавшей гарантийного срока носки, возвращается покупателями на предприятия розничной торговли по дефекту «отклейка подошвы», а 80 % обуви, поступающей в ремонт, сдаётся потребителями по такому же дефекту). Поэтому на практикедля достижения необходимого качества обработки применяют многократное прохождение инструментом склеиваемых поверхностей. Это снижает производительность процесса и не позволяет создать высокоэффективное технологическое оборудование.Для обеспечения высокойадгезии клеевого соединения на обувных предприятиях вместо механической нередко применяется химическая обработка деталей низа различными жидкими реактивами [7]. После промазки такими веществами поверхностный слой склеиваемых участков в результате химических реакций переходит в вязкое состояние, увеличивая при этом адгезионные свойства обрабатываемой поверхности. Однако и в этом случае равномерная прочность клеевого соединения не обеспечивается, поскольку операции химической подготовки деталей перед склеиванием осуществляются, как правило, вручную и качество их выполнения также полностью зависит от квалификации исполнителя.Иная картина наблюдается при использовании на операциях механической обработки метода ударноабразивной обработки, в котором инструмент,как твердое тело, отсутствует и не имеет механической связи со станком, а в качестве рабочего органа используется направленный поток незакрепленных абразивных частиц высокоскоростная струя, формируемая, как правило, соплом струйного аппарата (по этой причине ударноабразивная обработка имеет и другое название струйноабразивная обработка САО).Струйноабразивная обработка позволяет за один проход рабочим органом получить требуемое качество обработки (постоянство шероховатости) по всей поверхности детали [8]. Поэтому оборудование для САО обеспечивает, при прочих равных условиях, повышение производительности процесса обработки. Кроме того, отсутствие в процессе САО рабочего инструмента, как массивного сплошного тела, позволяет значительно снизить требования к жесткости системы СПИД (станок приспособление инструмент деталь), что создаёт предпосылки для механизации и автоматизации процесса обработки.Анализ законченных исследований в области САО показывает, что в отечественной и зарубежной практике ведётся активный поиск путей интенсификации технологий, основанных на ударноабразивном методе обработки. В частности, всё более широкое распространение при обработке деталей из полимерных материалов получают технологические процессы САО с применением искусственного холода, позволяющие за счет перевода обрабатываемого материала в хрупкое состояние интенсифицировать процесс обработки и значительно улучшить качество обрабатываемых изделий.Автором этой работы проведены подробные исследования физической природымеханизма разрушения ряда синтетических полимерных материалов термопластов и реактопластов (в том числе используемых при производстве деталей низа обуви) в условиях ударноабразивной обработки и низких температур [9]. В результате были определены факторы процесса САО, в наибольшей степени влияющие на его интенсификацию, разработана на основе выявленного механизма разрушения методология прогнозирования результатов САО, позволяющая эффективно управлять процессом ударноабразивной обработки любых синтетических полимерных материалов, назначать научно обоснованные оптимальные технологические режимы для достижения требуемого качества обработки поверхностей и формулировать исходные требования на проектирование высокоэффективного оборудования для САО, предложены технология [9] и оборудование для САО деталей низа обуви, позволяющие достигать требуемое качество обработки изделий.Одна из установок для САО формованных деталей низа обуви с использованием низких температур, разработанная автором и сотрудниками, работает следующим образом [9].В герметичной камере размещается кассета с закрепленными в ней в специальных гнездах деталями низа обуви, предварительно охлажденными до необходимой температуры с помощью вихревого охладителя [10]. После этого воздушноабразивной струёй детали обрабатываются до получения на неходовой поверхности требуемой шероховатости.Эксплуатация установки в производственных условиях показала её высокую производительность при достижении равномерной шероховатости обрабатываемых поверхностей, обеспечивающей при дальнейшей сборке деталей верха и низа обуви требуемую прочность клеевого соединения.Тем не менее, несмотря на очевидные преимущества описанной установки, она обладает рядом недостатков, затрудняющих широкое использование её на обувных предприятиях.Одним из них является относительно быстрый износ так называемых «защитных экранов», предотвращающих повреждение наружных (ходовой и боковой) поверхностей обрабатываемых деталей от действия абразивных частиц в процессе САО.Экраны выполняются из износоустойчивого полимерного синтетического материала в виде листов с отверстиями, повторяющими конфигурацию обрабатываемых деталей обуви (каблуков или подошв) и совпадающими при совмещении с гнёздами кассеты. После укладки в гнёзда обрабатываемых деталей экран закрепляется на кассете, закрывая необрабатываемые поверхности деталей.В процессе САО поверхность экрана так же как и обрабатываемые детали попадает в зону действия воздушноабразивной струи и в течение рабочей смены интенсивно изнашивается. По достижении предельных норм износа [9] экран заменяется на новый [9] и отправляется на вторичную переработку.Технология изготовления защитных экранов относительно проста [11], однако производство резаков из специальной стали, с помощью которых в экранах вырубаются отверстия под обрабатываемые детали, весьма затратно и требует применения компьютерных технологий [1]. Кроме того, в состав полимера, из которого изготавливается экран, входят дорогостоящие компоненты, используемые в производстве так называемой «зимней» (морозоустойчивой) резины для автомобильных покрышек [12]. Всё это, учитывая частую замену экранов, вызывает определённые потери средств и ресурсов и повышает в итоге себестоимость изготовления обуви.Другой недостаток указанной установки достаточно высокая (хотя конструктивно оправданная) степень материалоёмкости и трудоёмкости (и как следствие высокая себестоимость) изготовления кассет оснастки для закрепления на ней обрабатываемых изделий и защитных экранов, представляющей сложную пространственную конструкцию в виде ячеек с гнёздами, имеющими зеркально обратную форму наружной поверхности подошв и каблуков. При необходимости замены модели (фасона) обрабатываемых деталей в силу периодически (и, как показывает практика, довольно частых) изменяющихся требований к эргономике или дизайну обуви основные элементы оснастки ячейки приходится заменять на новые, что также, как и в случае с защитными экранами, вызывает соответствующие материальные, трудовые и финансовые затраты.Однако основным и достаточно серьезным недостатком рассматриваемой установки является невозможность формирования при САО равномерной шероховатости с одинаковой текстурой (рисунком) на всей площади обрабатываемой поверхности при обработке формованных деталей с высоким (более 3 мм) буртиком.На этот недостаток необходимо обратить особое внимание, поскольку, как показывает статистика [1], около 20% обуви клеевого метода крепления (в основном зимняя, специальная и спортивная), выпускаемой в последние годы, имеет подошву или каблуки с высоким буртиком.Указанная проблема объясняется тем, что, как установлено исследованиями [9] процесса САО полимерных материалов, для каждого технологического режима обработки (при соответствующих значениях параметров процесса САО давления сжатого воздуха, размера абразивных частиц, продолжительности обработки, угла атаки абразивной струи, расстояния до обрабатываемой поверхности и др.) характерна своя текстура обработанной поверхности, причём каждому отдельному виду текстуры соответствует вполне определённый показатель шероховатости, влияющий на прочность клеевого соединения.При САО формованных деталей низа обуви в зоне действия рабочего инструмента воздушноабразивной струи одновременно оказываются поверхности, расположенные взаимно перпендикулярно друг к другу буртика и под затяжную кромку верха обуви. Поэтому угол атаки струи по отношению к ним различен. В результате шероховатость обработанных поверхностей имеет разные значения. Причём, как показали исследования [9], шероховатость поверхности буртиков оказывается недостаточной для обеспечения требуемой прочности склеивания деталей низа и верха, поскольку под оптимальным углом атаки обрабатывающей струи, обеспечивающим получение требуемой шероховатости, находится только поверхность под затяжную кромку. Кроме того, в результате наклона струи под определённым углом (как правило, в пределах 60о[9]) к обрабатываемой горизонтальной поверхности под затяжную кромку одна из сторон буртика (носочная или пяточная) может оказаться в так называемой «мёртвой» зоне, не охватываемой струёй, и в итоге останется необработанной.Решением указанных проблем может стать обеспечение рассмотренного оборудования [9] системой автоматического регулирования параметров процесса САО (в том числе и угла наклона воздушноабразивной струи) при обработке поверхностей с изменяющимся рельефом. Такие системы уже разработаны (например, автором настоящей работы [13]) и достаточно хорошо зарекомендовали себя в производственных условиях. Однако решают они задачи, не связанные с обработкой деталей обуви [14]. Поэтому использование существующего оборудования с автоматическим регулированием технологических режимов САО при обработке сложнопрофильных обувных деталей весьма проблематично.Это объясняется относительно высокой степенью инертности механизмаориентации в рабочей зоне устройств, формирующих воздушноабразивную струю сопел, пистолетов и др. [14].При встрече струи с буртиком следящая система подаёт сигнал на изменение соответствующих параметров процесса, однако достаточно высокая скорость перемещения обрабатываемой поверхности относительно струи не позволяет соплу или пистолету вовремя принять положение оптимального наклона относительно обрабатываемой поверхности. В результате качественная обработка деталей не обеспечивается.В связи с этим, атакже учитывая недостаточное финансирование отечественной обувной отрасли на сегодняшний день, не позволяющее проводить глубокие научноисследовательские и конструкторские работы по совершенствованию отечественных технологий и оборудования для производства обуви, возникает, на наш взгляд, вполне обоснованная необходимость поиска новых, более рациональных и малозатратных путей использования существующих технологий и оборудования для САО при изготовлении обуви клеевого метода крепления.По нашему мнению, какодин из вариантов решение проблемы совершенствования технологий САО, связанных с производством обуви, может рассматриваться включение в существующие технологические процессы изготовления деталей низа обуви методами литья или формования операций, связанныхс плакированием неходовой части подошв и каблуков материалом с заранее сформированной в результате САО шероховатостью поверхности.В традиционном смысле под плакированием понимают нанесение на поверхность металлических изделий (листов, плит, труб и пр.) тонкого слоя другого металла или сплава термомеханическим способом с целью улучшения эксплуатационных качеств покрываемого металла [15].В нашем случае под плакированием подразумевается покрытие неходовой поверхности деталей низа обуви в процессе их изготовления тонким слоем листового полимерного материала, имеющим двухстороннюю заранее сформированную равномерную шероховатость поверхности, необходимую и достаточную для обеспечения требуемой прочности склеивания деталей верха и низа обуви, в соответствии с принятыми нормами (стандартами) [16]. При этом в процессе плакирования обеспечивается адгезионная связь между материалом, из которого производятся детали низа, с плакирующим материалом.Процесс изготовления деталей низа обуви из синтетических полимерных материалов с плакированной неходовой поверхностью состоит из нескольких этапов:1 изготовление плакирующего материала.В качестве плакирующего материала могут использоваться любые полимеры термопласты, реактопласты, эластомеры и др., по своим физикомеханическим и эксплуатационным свойствам идентичные или близкие материалу деталей низа. При этом температура пластикации или химического распада (разложения) плакирующего материала должна быть выше температуры пластикации материала деталей низа обуви.Плакирующий материал после его изготовления на соответствующем оборудовании [11] должен иметь толщину 12 мм [9] в зависимости от толщины и размера деталей низа обуви, может поставляться на обувные предприятия в виде рулонов или отдельных листов; рулонный материал,однако, предпочтительнее листового, поскольку при его обработке на последующих операциях производительность процесса значительно повышается [9].2 формирование шероховатости на плакирующем материале.Полотно рулонного или отдельные листы плакирующего материала подаются ленточным конвейером в камеру охлаждения установки для САО, где в течение определённого времени охлаждаются до требуемой температуры в зависимости от толщины и химического состава [9]. Тем же конвейером охлаждённый материал подаётся в камеру струйноабразивной обработки, где обрабатывается до формирования на обеих сторонах полотна или листа требуемой шероховатости поверхности. После САО обрабатываемый материал извлекается из рабочей камеры, нагревается до нормальной температуры для восстановления первоначальных физикомеханических свойств и передаётся в моечную камеру для удаления с поверхности продуктов обработки и шаржирования. Если обработке подвергается рулонный вариант материала, его после САО разрезают на отдельные листы (пластины) на известном оборудовании [11]. После мойки пластины сушатся в сушильных камерах под воздействием потоков нагретого до температуры 40о60оС воздуха.3 изготовление плакирующих накладок.Высушенные и охлаждённые до нормальной температуры пластины плакирующего материала подвергаются разрубу на отдельные элементы накладки, по форме соответствующие конфигурации и размерам внутренней поверхности подошвы или каблука. В зависимости от конструкции деталей низа, а также служебного назначения обуви (летняя, демисезонная, зимняя, специальная и др.) накладки могут быть сплошными (по всей площади внутренней поверхности подошвы или каблука) или кольцеобразными (контактирующими только с поверхностью буртиков и затяжной кромкой верха обуви при её сборке). При разрубе пластин используется известное автоматизированное оборудование с применением компьютерного программирования раскроя [1].4 изготовление деталей низа обуви с плакирующими накладками.На современных обувных предприятиях детали низа обуви из синтетических полимерных материалов, не требующие последующей механической и другой обработки, изготавливают литьевыми методами формования: прессованием, литьевым прессованием, литьём под давлением [1].Для реализации предлагаемой технологии плакирования деталей низа обуви можно воспользоваться любым из перечисленных методов формования, поскольку, несмотря на известные различия в способах подачи исходной полимерной массы в рабочую зону, значениях технологических режимов её обработки, в конструкции оборудования, осуществляющегопроцесс формования, основным элементом оснастки, формирующим готовое изделие, во всех существующих технологиях является прессформа, конструктивно идентичная и для метода прессования, и для литья прессованием и под давлением [1].В технологическую карту операций, составляющих ту или иную технологию формования деталей низа обуви, необходимо включить всего лишь одну операцию укладку с одновременным закреплением в прессформе плакирующей накладки.После заполнения прессформы формовочной массой и её последующей пластикации в нагретом состоянии в соответствии с назначенными технологическими режимами происходит внедрение расплавленного полимера в развитую после САО поверхность плакирующей накладки, в результате чего образуется прочная адгезионная связь между материалом детали обуви и материалом накладки [1].Обратная сторона накладки, не контактирующая в процессе формования с полимерной массой, после извлечения готового изделия из прессформы предназначена для нанесения на неё клея на последующих операциях сборки обуви.Предложенная технология плакирования деталей низа обуви апробирована в производственных условиях [9]. За исключением установки для САО с непрерывной подачей в рабочую зону предварительно охлаждённого обрабатываемого материала, разработанной автором и сотрудниками [17], использовалось только стандартное (типовое) основное и вспомогательное оборудование, имеющееся на любом обувном предприятии, предназначенное для выполнения всего комплекса операций по обработке деталей обуви перед их сборкой в готовое изделие.Проведённые в соответствии с принятыми методиками (стандартами) [16] сравнительные испытания полученных образцов деталей низа обуви, изготовленных из различных обувных материалов (некоторые виды резин, поливинилхлорид, полиуретан, термоэластопласт и др. [9]), на отслаивание подошвы (каблука) от плакирующей накладки показали, что прочность соединения деталей низа с накладками, обработанными методом САО, в 2,63,2 раза превышает гостируемый показатель [16] для деталей, обрабатываемых традиционнымиабразивными и металлическими режущими инструментами [16]. При этом разрушение адгезионного соединения (детали и накладки) носит когезионный характер, когда разрыв при расслаивании происходит по одному из соединяемых материалов [9].Аналогичным испытаниям подвергались готовые изделия (обувь) после клеевой сборки деталей верха и низа с плакированной неходовой поверхностью. Прочность соединения в этом случае превысила нормируемый показатель в 1,82,3 раза [9]. Несколько меньшая прочность соединения здесь объясняется тем, что, в отличие от деталей низа, поверхность затяжной кромки на заготовках верха обрабатывалась традиционными абразивными инструментами (как ручным, так и автоматизированным способами) в производственных условиях обувного предприятия. В результате равномерная шероховатость по всей площади затяжной кромки не была обеспечена и при испытаниях готовой обуви наблюдался смешанный характер разрушения клеевого соединения, то есть участки поверхности с адгезионным разрывом на границе клеевой плёнки и материала верха обуви совмещались с участками, имевшими когезионный разрыв по материалу верха, причём адгезионный, наиболее распространённый при отклейке низа обуви, разрыв превалировал над когезионным.Таким образом, подводя итоги изучения возможности совершенствования существующих методов механической обработки деталей обуви клеевого метода крепления, можно сделать вывод о том, что применение предложенной технологии плакирования неходовой части формованных деталей низа обуви материалом с заданной шероховатостью поверхности, полученной в результате САО, позволит:повысить качество обработки в результате формирования равномерной и одинаковой по величине шероховатости по всей площади неходовой поверхности деталей;расширить ассортимент обрабатываемых деталей в результате возможности обработки деталей низа с различным рельефом неходовой части;повысить производительность труда в результате сокращения операций механической и физикохимической отделки традиционными инструментами и реактивами, а также за счёт использования высокоэффективного оборудования для САО;повысить эксплуатационные свойства готовой обуви в результате увеличения прочности клеевого соединения деталей верха и низа;обеспечить экономию расходных вспомогательных материалов в результате использованиянового принципа формирования шероховатости поверхности деталей;использовать в производственном процессе типовое, а также более простое по конструкции специальное оборудование по сравнению с существующим;производить быструю смену ассортимента обрабатываемых деталей в соответствии с требованиями моды.Указанные преимущества новой технологии создают, на наш взгляд, реальные предпосылки широкого внедрения её в обувном производстве.
Ссылки на источники1.Довнич И.И. Технология производства обуви. М.: Академия, 2004. 288 с.2.Прохоров В.Т. Оптимизация технологического процесса приклеивания деталей низа обуви растворными клеями: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 1972. 24 с.3.Прохоров В.Т., Гвоздев Ю.М. Оптимизация механической обработки при склеивании обувных материалов // Кожевеннообувная промсть. 1972. №9. С. 2833.4.Бескоровайный В.В. Исследование и разработка процесса струйноабразивной обработки деталей обуви с целью создания технологической установки: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 1983. 24 с.5.Бабин Г.Е. Механическая обработка деталей низа обуви. М.: Легпромбытиздат, 1986. 128 с.6.Валуева З.А. Исследование неравномерности прочности клеевого крепления подошвы кожаной обуви: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Киев, 1983. 27 с.7.Справочник обувщика. М: Легпромбытиздат, 1988. 432 с.8.Толстов Б.М., Пикулина Л.А. Состояние и развитие струйноабразивной обработки. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1990. 38 с.9.Юрченко В.И. Прогнозирование результатов ударноабразивной обработки искусственныхобувных материалов при низких температурах и принципы создания оборудования: Автореф. дис. …докт. техн. наук. М., 2006. 40 с.10.Суслов А.Д., Иванов С.В. и др. Вихревые аппараты. М.: Машиностроение, 1985. 256 с.11.Монастырская М.С., Швецова Т.П. Технология полимерных плёночных материалов и искусственных кож. М.: Лёгкая индустрия, 1974. 424 с.12.Справочник резинщика. М.: Химия, 1971. 607 с.13.Бескоровайный В.В., Юрченко В.И. Работоспособность устройства для струйноабразивной обработки сложных поверхностей // Изв. СКНЦ ВШ / Сер. техн. Науки. 1986. №1. С. 8990.14.Бескоровайный В.В., Юрченко В.И. Возможности автоматизации процесса струйноабразивной обработки поверхностей сложной формы // Прогрессивная техника и технология, системы управления и автоматизированного проектирования в шлифовании. Ереван: ЕрПИ, 1986. С.98.15.Политехнический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1980. 656 с.16.Михеева Е.Я., Беляев Л.С. Современные методы оценки качества обуви и обувных материалов. М.: Лёгкая и пищевая промсть, 1984. 248 с.17.Юрченко В.И. Механическое оборудование для ударноабразивной обработки синтетических полимерных строительных материалов при низких температурах. Новочеркасск, 2010. 196 с.
Совершенствование технологии ударноабразивной обработкинеходовой поверхности формованных деталей низа обувиклеевого метода крепления
Аннотация. Рассматривается возможность совершенствования технологии ударноабразивной обработки неходовой поверхности формованных деталей низа обуви клеевого метода крепления. Анализируются существующие технологии механической обработки деталей низа обуви перед склеиванием. Приводится описание технологических операций и оборудования для реализации технологии плакирования неходовой поверхности деталей низа обуви материалом с заданной шероховатостью поверхности с использованием метода ударноабразивной обработки.Ключевые слова: износ; шероховатость поверхности; абразивные частицы; воздушноабразивная струя; плакирование; литьевое формование; адгезия; когезия.
Анализ основных направлений развития обувной промышленности в России и за рубежом показывает, что в настоящее время наиболее распространенным методом крепления (сборки) деталей верха и низа обуви является клеевой. Около 80% объема производимой в мире обуви составляет обувь клеевого метода крепления. Подавляющая часть обуви (свыше 75%) этого метода крепления изготавливается с использованием для низа (подошв, каблуков) различных синтетических материалов: резин, полиуретана, поливинилхлорида, термоэластопластов и др. [1].Для достижения высокой адгезии соединяемые поверхности верха и низа обуви перед нанесением клея механически обрабатываются. В результате обработки различными рабочими органами (шарошками, фрезами, абразивными кругами, лентами, шкурками, брусками и др.) на поверхности деталей формируется определенный микрорельеф шероховатость, обеспечивающая при выполнении дальнейших технологических операций (нанесение клеевой плёнки, прессование и др.) требуемые значения прочности клеевого соединения и эксплуатационных характеристик готового изделия обуви. Величина шероховатости Нсри ее постоянство на любом участке обработанной поверхности являются основными критериями качества механической обработки деталей обуви перед склеиванием.Необходимость механической обработки особенно важна для деталей низа, изготовленных методами литья и формования. Это объясняется тем, что любая из современных технологий производства деталей низа, основанная на указанных методах, предусматривает предварительный нагрев (активацию) полимерной композиции до пластичного состояния и последующее её охлаждение [1]. В результате выполнения основных технологических операций готовые изделия (подошвы, каблуки) имеют характерную гладкую «литую» поверхность с низким показателем шероховатости как на лицевой стороне, так и на подоснове (неходовой части). Поэтому для обеспечения высокой адгезии клеевого соединения шероховатость поверхности неходовой части формованных деталей низа увеличивают путем последующей механической обработки.Для достижения максимальной прочности клеевого соединения, как показано в работах [2, 3], необходимо в результате механической обработки получить поверхность с равномерной (постоянной) шероховатостью, то есть Нср= const. Причем максимум прочности склеивания обеспечивается при вполне определенных значениях Нср, в большинстве случаев далёких от максимальных [2].Однако, как показывают исследования [4], добиться постоянства величины шероховатости Нсрповерхности деталей низа обуви при использовании существующих методов механической обработки очень сложно. Это связано со спецификой физикомеханических свойств синтетических обувных материалов, с особенностями геометрических характеристик обрабатывающего инструмента, характером их изменения в процессе обработки и др. Но главной причиной, препятствующей достижению равномерной шероховатости обрабатываемых поверхностей после механической обработки деталей низа существующими способами, является сложность формы самих деталей. Например, традиционными инструментами крайне трудно произвести качественную обработку поверхностей под затяжную кромку и практически невозможно внутренних поверхностей буртиков. Кроме того, при обработке деталей не обеспечивается постоянство режимов процесса (точнее, постоянство отношения скорости подачи детали к скорости резания инструмента), поскольку контакт детали с инструментом поддерживается, как правило, вручную рабочим и, следовательно, качество обработки в этом случае целиком зависит от его квалификации [4, 5]. В результате равномерность прочности клеевого соединения не обеспечивается (например, исследования [6] показывают, что 40% обуви, не выдержавшей гарантийного срока носки, возвращается покупателями на предприятия розничной торговли по дефекту «отклейка подошвы», а 80 % обуви, поступающей в ремонт, сдаётся потребителями по такому же дефекту). Поэтому на практикедля достижения необходимого качества обработки применяют многократное прохождение инструментом склеиваемых поверхностей. Это снижает производительность процесса и не позволяет создать высокоэффективное технологическое оборудование.Для обеспечения высокойадгезии клеевого соединения на обувных предприятиях вместо механической нередко применяется химическая обработка деталей низа различными жидкими реактивами [7]. После промазки такими веществами поверхностный слой склеиваемых участков в результате химических реакций переходит в вязкое состояние, увеличивая при этом адгезионные свойства обрабатываемой поверхности. Однако и в этом случае равномерная прочность клеевого соединения не обеспечивается, поскольку операции химической подготовки деталей перед склеиванием осуществляются, как правило, вручную и качество их выполнения также полностью зависит от квалификации исполнителя.Иная картина наблюдается при использовании на операциях механической обработки метода ударноабразивной обработки, в котором инструмент,как твердое тело, отсутствует и не имеет механической связи со станком, а в качестве рабочего органа используется направленный поток незакрепленных абразивных частиц высокоскоростная струя, формируемая, как правило, соплом струйного аппарата (по этой причине ударноабразивная обработка имеет и другое название струйноабразивная обработка САО).Струйноабразивная обработка позволяет за один проход рабочим органом получить требуемое качество обработки (постоянство шероховатости) по всей поверхности детали [8]. Поэтому оборудование для САО обеспечивает, при прочих равных условиях, повышение производительности процесса обработки. Кроме того, отсутствие в процессе САО рабочего инструмента, как массивного сплошного тела, позволяет значительно снизить требования к жесткости системы СПИД (станок приспособление инструмент деталь), что создаёт предпосылки для механизации и автоматизации процесса обработки.Анализ законченных исследований в области САО показывает, что в отечественной и зарубежной практике ведётся активный поиск путей интенсификации технологий, основанных на ударноабразивном методе обработки. В частности, всё более широкое распространение при обработке деталей из полимерных материалов получают технологические процессы САО с применением искусственного холода, позволяющие за счет перевода обрабатываемого материала в хрупкое состояние интенсифицировать процесс обработки и значительно улучшить качество обрабатываемых изделий.Автором этой работы проведены подробные исследования физической природымеханизма разрушения ряда синтетических полимерных материалов термопластов и реактопластов (в том числе используемых при производстве деталей низа обуви) в условиях ударноабразивной обработки и низких температур [9]. В результате были определены факторы процесса САО, в наибольшей степени влияющие на его интенсификацию, разработана на основе выявленного механизма разрушения методология прогнозирования результатов САО, позволяющая эффективно управлять процессом ударноабразивной обработки любых синтетических полимерных материалов, назначать научно обоснованные оптимальные технологические режимы для достижения требуемого качества обработки поверхностей и формулировать исходные требования на проектирование высокоэффективного оборудования для САО, предложены технология [9] и оборудование для САО деталей низа обуви, позволяющие достигать требуемое качество обработки изделий.Одна из установок для САО формованных деталей низа обуви с использованием низких температур, разработанная автором и сотрудниками, работает следующим образом [9].В герметичной камере размещается кассета с закрепленными в ней в специальных гнездах деталями низа обуви, предварительно охлажденными до необходимой температуры с помощью вихревого охладителя [10]. После этого воздушноабразивной струёй детали обрабатываются до получения на неходовой поверхности требуемой шероховатости.Эксплуатация установки в производственных условиях показала её высокую производительность при достижении равномерной шероховатости обрабатываемых поверхностей, обеспечивающей при дальнейшей сборке деталей верха и низа обуви требуемую прочность клеевого соединения.Тем не менее, несмотря на очевидные преимущества описанной установки, она обладает рядом недостатков, затрудняющих широкое использование её на обувных предприятиях.Одним из них является относительно быстрый износ так называемых «защитных экранов», предотвращающих повреждение наружных (ходовой и боковой) поверхностей обрабатываемых деталей от действия абразивных частиц в процессе САО.Экраны выполняются из износоустойчивого полимерного синтетического материала в виде листов с отверстиями, повторяющими конфигурацию обрабатываемых деталей обуви (каблуков или подошв) и совпадающими при совмещении с гнёздами кассеты. После укладки в гнёзда обрабатываемых деталей экран закрепляется на кассете, закрывая необрабатываемые поверхности деталей.В процессе САО поверхность экрана так же как и обрабатываемые детали попадает в зону действия воздушноабразивной струи и в течение рабочей смены интенсивно изнашивается. По достижении предельных норм износа [9] экран заменяется на новый [9] и отправляется на вторичную переработку.Технология изготовления защитных экранов относительно проста [11], однако производство резаков из специальной стали, с помощью которых в экранах вырубаются отверстия под обрабатываемые детали, весьма затратно и требует применения компьютерных технологий [1]. Кроме того, в состав полимера, из которого изготавливается экран, входят дорогостоящие компоненты, используемые в производстве так называемой «зимней» (морозоустойчивой) резины для автомобильных покрышек [12]. Всё это, учитывая частую замену экранов, вызывает определённые потери средств и ресурсов и повышает в итоге себестоимость изготовления обуви.Другой недостаток указанной установки достаточно высокая (хотя конструктивно оправданная) степень материалоёмкости и трудоёмкости (и как следствие высокая себестоимость) изготовления кассет оснастки для закрепления на ней обрабатываемых изделий и защитных экранов, представляющей сложную пространственную конструкцию в виде ячеек с гнёздами, имеющими зеркально обратную форму наружной поверхности подошв и каблуков. При необходимости замены модели (фасона) обрабатываемых деталей в силу периодически (и, как показывает практика, довольно частых) изменяющихся требований к эргономике или дизайну обуви основные элементы оснастки ячейки приходится заменять на новые, что также, как и в случае с защитными экранами, вызывает соответствующие материальные, трудовые и финансовые затраты.Однако основным и достаточно серьезным недостатком рассматриваемой установки является невозможность формирования при САО равномерной шероховатости с одинаковой текстурой (рисунком) на всей площади обрабатываемой поверхности при обработке формованных деталей с высоким (более 3 мм) буртиком.На этот недостаток необходимо обратить особое внимание, поскольку, как показывает статистика [1], около 20% обуви клеевого метода крепления (в основном зимняя, специальная и спортивная), выпускаемой в последние годы, имеет подошву или каблуки с высоким буртиком.Указанная проблема объясняется тем, что, как установлено исследованиями [9] процесса САО полимерных материалов, для каждого технологического режима обработки (при соответствующих значениях параметров процесса САО давления сжатого воздуха, размера абразивных частиц, продолжительности обработки, угла атаки абразивной струи, расстояния до обрабатываемой поверхности и др.) характерна своя текстура обработанной поверхности, причём каждому отдельному виду текстуры соответствует вполне определённый показатель шероховатости, влияющий на прочность клеевого соединения.При САО формованных деталей низа обуви в зоне действия рабочего инструмента воздушноабразивной струи одновременно оказываются поверхности, расположенные взаимно перпендикулярно друг к другу буртика и под затяжную кромку верха обуви. Поэтому угол атаки струи по отношению к ним различен. В результате шероховатость обработанных поверхностей имеет разные значения. Причём, как показали исследования [9], шероховатость поверхности буртиков оказывается недостаточной для обеспечения требуемой прочности склеивания деталей низа и верха, поскольку под оптимальным углом атаки обрабатывающей струи, обеспечивающим получение требуемой шероховатости, находится только поверхность под затяжную кромку. Кроме того, в результате наклона струи под определённым углом (как правило, в пределах 60о[9]) к обрабатываемой горизонтальной поверхности под затяжную кромку одна из сторон буртика (носочная или пяточная) может оказаться в так называемой «мёртвой» зоне, не охватываемой струёй, и в итоге останется необработанной.Решением указанных проблем может стать обеспечение рассмотренного оборудования [9] системой автоматического регулирования параметров процесса САО (в том числе и угла наклона воздушноабразивной струи) при обработке поверхностей с изменяющимся рельефом. Такие системы уже разработаны (например, автором настоящей работы [13]) и достаточно хорошо зарекомендовали себя в производственных условиях. Однако решают они задачи, не связанные с обработкой деталей обуви [14]. Поэтому использование существующего оборудования с автоматическим регулированием технологических режимов САО при обработке сложнопрофильных обувных деталей весьма проблематично.Это объясняется относительно высокой степенью инертности механизмаориентации в рабочей зоне устройств, формирующих воздушноабразивную струю сопел, пистолетов и др. [14].При встрече струи с буртиком следящая система подаёт сигнал на изменение соответствующих параметров процесса, однако достаточно высокая скорость перемещения обрабатываемой поверхности относительно струи не позволяет соплу или пистолету вовремя принять положение оптимального наклона относительно обрабатываемой поверхности. В результате качественная обработка деталей не обеспечивается.В связи с этим, атакже учитывая недостаточное финансирование отечественной обувной отрасли на сегодняшний день, не позволяющее проводить глубокие научноисследовательские и конструкторские работы по совершенствованию отечественных технологий и оборудования для производства обуви, возникает, на наш взгляд, вполне обоснованная необходимость поиска новых, более рациональных и малозатратных путей использования существующих технологий и оборудования для САО при изготовлении обуви клеевого метода крепления.По нашему мнению, какодин из вариантов решение проблемы совершенствования технологий САО, связанных с производством обуви, может рассматриваться включение в существующие технологические процессы изготовления деталей низа обуви методами литья или формования операций, связанныхс плакированием неходовой части подошв и каблуков материалом с заранее сформированной в результате САО шероховатостью поверхности.В традиционном смысле под плакированием понимают нанесение на поверхность металлических изделий (листов, плит, труб и пр.) тонкого слоя другого металла или сплава термомеханическим способом с целью улучшения эксплуатационных качеств покрываемого металла [15].В нашем случае под плакированием подразумевается покрытие неходовой поверхности деталей низа обуви в процессе их изготовления тонким слоем листового полимерного материала, имеющим двухстороннюю заранее сформированную равномерную шероховатость поверхности, необходимую и достаточную для обеспечения требуемой прочности склеивания деталей верха и низа обуви, в соответствии с принятыми нормами (стандартами) [16]. При этом в процессе плакирования обеспечивается адгезионная связь между материалом, из которого производятся детали низа, с плакирующим материалом.Процесс изготовления деталей низа обуви из синтетических полимерных материалов с плакированной неходовой поверхностью состоит из нескольких этапов:1 изготовление плакирующего материала.В качестве плакирующего материала могут использоваться любые полимеры термопласты, реактопласты, эластомеры и др., по своим физикомеханическим и эксплуатационным свойствам идентичные или близкие материалу деталей низа. При этом температура пластикации или химического распада (разложения) плакирующего материала должна быть выше температуры пластикации материала деталей низа обуви.Плакирующий материал после его изготовления на соответствующем оборудовании [11] должен иметь толщину 12 мм [9] в зависимости от толщины и размера деталей низа обуви, может поставляться на обувные предприятия в виде рулонов или отдельных листов; рулонный материал,однако, предпочтительнее листового, поскольку при его обработке на последующих операциях производительность процесса значительно повышается [9].2 формирование шероховатости на плакирующем материале.Полотно рулонного или отдельные листы плакирующего материала подаются ленточным конвейером в камеру охлаждения установки для САО, где в течение определённого времени охлаждаются до требуемой температуры в зависимости от толщины и химического состава [9]. Тем же конвейером охлаждённый материал подаётся в камеру струйноабразивной обработки, где обрабатывается до формирования на обеих сторонах полотна или листа требуемой шероховатости поверхности. После САО обрабатываемый материал извлекается из рабочей камеры, нагревается до нормальной температуры для восстановления первоначальных физикомеханических свойств и передаётся в моечную камеру для удаления с поверхности продуктов обработки и шаржирования. Если обработке подвергается рулонный вариант материала, его после САО разрезают на отдельные листы (пластины) на известном оборудовании [11]. После мойки пластины сушатся в сушильных камерах под воздействием потоков нагретого до температуры 40о60оС воздуха.3 изготовление плакирующих накладок.Высушенные и охлаждённые до нормальной температуры пластины плакирующего материала подвергаются разрубу на отдельные элементы накладки, по форме соответствующие конфигурации и размерам внутренней поверхности подошвы или каблука. В зависимости от конструкции деталей низа, а также служебного назначения обуви (летняя, демисезонная, зимняя, специальная и др.) накладки могут быть сплошными (по всей площади внутренней поверхности подошвы или каблука) или кольцеобразными (контактирующими только с поверхностью буртиков и затяжной кромкой верха обуви при её сборке). При разрубе пластин используется известное автоматизированное оборудование с применением компьютерного программирования раскроя [1].4 изготовление деталей низа обуви с плакирующими накладками.На современных обувных предприятиях детали низа обуви из синтетических полимерных материалов, не требующие последующей механической и другой обработки, изготавливают литьевыми методами формования: прессованием, литьевым прессованием, литьём под давлением [1].Для реализации предлагаемой технологии плакирования деталей низа обуви можно воспользоваться любым из перечисленных методов формования, поскольку, несмотря на известные различия в способах подачи исходной полимерной массы в рабочую зону, значениях технологических режимов её обработки, в конструкции оборудования, осуществляющегопроцесс формования, основным элементом оснастки, формирующим готовое изделие, во всех существующих технологиях является прессформа, конструктивно идентичная и для метода прессования, и для литья прессованием и под давлением [1].В технологическую карту операций, составляющих ту или иную технологию формования деталей низа обуви, необходимо включить всего лишь одну операцию укладку с одновременным закреплением в прессформе плакирующей накладки.После заполнения прессформы формовочной массой и её последующей пластикации в нагретом состоянии в соответствии с назначенными технологическими режимами происходит внедрение расплавленного полимера в развитую после САО поверхность плакирующей накладки, в результате чего образуется прочная адгезионная связь между материалом детали обуви и материалом накладки [1].Обратная сторона накладки, не контактирующая в процессе формования с полимерной массой, после извлечения готового изделия из прессформы предназначена для нанесения на неё клея на последующих операциях сборки обуви.Предложенная технология плакирования деталей низа обуви апробирована в производственных условиях [9]. За исключением установки для САО с непрерывной подачей в рабочую зону предварительно охлаждённого обрабатываемого материала, разработанной автором и сотрудниками [17], использовалось только стандартное (типовое) основное и вспомогательное оборудование, имеющееся на любом обувном предприятии, предназначенное для выполнения всего комплекса операций по обработке деталей обуви перед их сборкой в готовое изделие.Проведённые в соответствии с принятыми методиками (стандартами) [16] сравнительные испытания полученных образцов деталей низа обуви, изготовленных из различных обувных материалов (некоторые виды резин, поливинилхлорид, полиуретан, термоэластопласт и др. [9]), на отслаивание подошвы (каблука) от плакирующей накладки показали, что прочность соединения деталей низа с накладками, обработанными методом САО, в 2,63,2 раза превышает гостируемый показатель [16] для деталей, обрабатываемых традиционнымиабразивными и металлическими режущими инструментами [16]. При этом разрушение адгезионного соединения (детали и накладки) носит когезионный характер, когда разрыв при расслаивании происходит по одному из соединяемых материалов [9].Аналогичным испытаниям подвергались готовые изделия (обувь) после клеевой сборки деталей верха и низа с плакированной неходовой поверхностью. Прочность соединения в этом случае превысила нормируемый показатель в 1,82,3 раза [9]. Несколько меньшая прочность соединения здесь объясняется тем, что, в отличие от деталей низа, поверхность затяжной кромки на заготовках верха обрабатывалась традиционными абразивными инструментами (как ручным, так и автоматизированным способами) в производственных условиях обувного предприятия. В результате равномерная шероховатость по всей площади затяжной кромки не была обеспечена и при испытаниях готовой обуви наблюдался смешанный характер разрушения клеевого соединения, то есть участки поверхности с адгезионным разрывом на границе клеевой плёнки и материала верха обуви совмещались с участками, имевшими когезионный разрыв по материалу верха, причём адгезионный, наиболее распространённый при отклейке низа обуви, разрыв превалировал над когезионным.Таким образом, подводя итоги изучения возможности совершенствования существующих методов механической обработки деталей обуви клеевого метода крепления, можно сделать вывод о том, что применение предложенной технологии плакирования неходовой части формованных деталей низа обуви материалом с заданной шероховатостью поверхности, полученной в результате САО, позволит:повысить качество обработки в результате формирования равномерной и одинаковой по величине шероховатости по всей площади неходовой поверхности деталей;расширить ассортимент обрабатываемых деталей в результате возможности обработки деталей низа с различным рельефом неходовой части;повысить производительность труда в результате сокращения операций механической и физикохимической отделки традиционными инструментами и реактивами, а также за счёт использования высокоэффективного оборудования для САО;повысить эксплуатационные свойства готовой обуви в результате увеличения прочности клеевого соединения деталей верха и низа;обеспечить экономию расходных вспомогательных материалов в результате использованиянового принципа формирования шероховатости поверхности деталей;использовать в производственном процессе типовое, а также более простое по конструкции специальное оборудование по сравнению с существующим;производить быструю смену ассортимента обрабатываемых деталей в соответствии с требованиями моды.Указанные преимущества новой технологии создают, на наш взгляд, реальные предпосылки широкого внедрения её в обувном производстве.
Ссылки на источники1.Довнич И.И. Технология производства обуви. М.: Академия, 2004. 288 с.2.Прохоров В.Т. Оптимизация технологического процесса приклеивания деталей низа обуви растворными клеями: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 1972. 24 с.3.Прохоров В.Т., Гвоздев Ю.М. Оптимизация механической обработки при склеивании обувных материалов // Кожевеннообувная промсть. 1972. №9. С. 2833.4.Бескоровайный В.В. Исследование и разработка процесса струйноабразивной обработки деталей обуви с целью создания технологической установки: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 1983. 24 с.5.Бабин Г.Е. Механическая обработка деталей низа обуви. М.: Легпромбытиздат, 1986. 128 с.6.Валуева З.А. Исследование неравномерности прочности клеевого крепления подошвы кожаной обуви: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Киев, 1983. 27 с.7.Справочник обувщика. М: Легпромбытиздат, 1988. 432 с.8.Толстов Б.М., Пикулина Л.А. Состояние и развитие струйноабразивной обработки. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1990. 38 с.9.Юрченко В.И. Прогнозирование результатов ударноабразивной обработки искусственныхобувных материалов при низких температурах и принципы создания оборудования: Автореф. дис. …докт. техн. наук. М., 2006. 40 с.10.Суслов А.Д., Иванов С.В. и др. Вихревые аппараты. М.: Машиностроение, 1985. 256 с.11.Монастырская М.С., Швецова Т.П. Технология полимерных плёночных материалов и искусственных кож. М.: Лёгкая индустрия, 1974. 424 с.12.Справочник резинщика. М.: Химия, 1971. 607 с.13.Бескоровайный В.В., Юрченко В.И. Работоспособность устройства для струйноабразивной обработки сложных поверхностей // Изв. СКНЦ ВШ / Сер. техн. Науки. 1986. №1. С. 8990.14.Бескоровайный В.В., Юрченко В.И. Возможности автоматизации процесса струйноабразивной обработки поверхностей сложной формы // Прогрессивная техника и технология, системы управления и автоматизированного проектирования в шлифовании. Ереван: ЕрПИ, 1986. С.98.15.Политехнический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1980. 656 с.16.Михеева Е.Я., Беляев Л.С. Современные методы оценки качества обуви и обувных материалов. М.: Лёгкая и пищевая промсть, 1984. 248 с.17.Юрченко В.И. Механическое оборудование для ударноабразивной обработки синтетических полимерных строительных материалов при низких температурах. Новочеркасск, 2010. 196 с.
