CC BY
5
SUMMARY
In article the new program and results of anthropometrical research of female figures is submitted. In result classification of typical figures is expended in view of types of a constitution, the dimensional characteristic and a technique of designing of various kinds stay-makers products is submitted.
УДК 685.34.035.51:675.017
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕМПЕРАТУРНО-ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЕРМООБРАБОТКИ НАТУРАЛЬНОЙ
КОЖИ
С.Л. Фурашова
Оптимизация температурно-временных параметров теплового воздействия на полуфабрикат обуви после формообразующих операций имеет важное значение для обеспечения необходимой формоустойчивости обуви и рационального использования энергоресурсов.
С целью установления оптимальных параметров термообработки при фиксации формы верха бесподкладочной обуви были проведены исследования влияния температуры и времени воздействия на формоустойчивость натуральной кожи при двухосном растяжении.
Поставленную задачу решали с использованием D-оптимального плана второго порядка, который предполагает варьирование факторов на трех уровнях (таблица 1). План эксперимента представлен в таблице 2.
Таблица 1- Уровни варьирования факторов
Температура (Т),°С; (Х1) Время (t), мин; (Х2)
Max (+) 150 8
0 120 5
Min (-) 90 2
В качестве материала верха использовался полукожник эластичный «Мираж». Двухосное растяжение образцов материалов на 15% осуществлялось по методике [1] с использованием автоматизированного комплекса [2]. Исследования имитировали реальный технологический процесс изготовления обуви: образцы кожи увлажнялись термодиффузионно-контактным способом с привесом влаги 1,5%, тепловое воздействие на деформированный образец осуществлялось через 15 минут после начала процесса релаксации, время нахождения образца на пуансоне составляло 115 минут. В результате эксперимента были получены кривые релаксации напряжений (рисунок 1).
а)
в)
Условные обозначения: 1, 2, 3 - время теплового воздействия 2, 5, 8 мин.
Рисунок 1 - Кривые релаксации натуральной кожи при различных режимах
теплового воздействия
Различный характер кривых изменения напряжений во времени при различной температуре говорит о существенном влиянии режимов теплового воздействия на механизм процесса релаксации.
На кривых можно выделить характерные точки и участки. Так, например, для кривой релаксации напряжений (рисунок 1, а), полученной при воздействии температуры 1500С в течение 8 мин., точка с0 соответствует начальному напряжению, возникающему при двухосном растяжении образца на 15%. Участок с0-1 отражает релаксацию, происходящую в структуре материала в нормальных условиях в течение 15 мин., затем осуществляется тепловое воздействие (точка 1). Воздействие на материал температуры 1500С вызывает резкое падение напряжений на 30%, которое происходит примерно в течение 2,5 минут. Уменьшение внутренних напряжений вызвано, по-видимому, совместным действием тепла и влаги, которое повышает темп перегруппировки и раскручивания макромолекул коллагена, а также термическим расширением кожи [3]. Точка 2 соответствует минимальному значению напряжений. Дальнейшее действие высокой температуры вызывает возрастание внутренних напряжений до точки 3, соответствующей моменту прекращения воздействия тепла. Рост напряжений на участке 2-3 вызван преобладающим действием напряжений, возникающих в результате усадки материала при его значительном прогреве и под действием интенсификации процесса удаления влаги из структуры материала.
Как видно из характера кривой на участках 1-2 и 2-3, скорость падения напряжений и скорость их возрастания примерно одинаковы. После прекращения воздействия температуры на участке 3-4 наблюдается кратковременное возрастание внутренних напряжений, вызванное термическим эффектом -сжатием материала при охлаждении [3]. При этом после прекращения подвода тепла напряжения достигают почти начальной величины с0 (точка 4). Последующее охлаждение материала приводит к снижению напряжений.
Сравнение кривых 1,2,3 (рисунок 1,а) релаксации напряжений при различном времени теплового воздействия показывает, что его уменьшение изменяет характер протекания процесса релаксации. Воздействие температуры в течение 5 мин. вызывает меньший рост напряжений на участке кривой 2-4. При действии температуры в течение 2 мин. на кривой отсутствует участок 2-3, так как из-за кратковременности воздействия температуры не происходит значительного прогрева материала, а рост напряжений в данном случае вызван охлаждением материала.
Характер кривых релаксации напряжений при воздействии температуры 1200С и 900С аналогичен, но величина роста и падения напряжений отличается. Чем выше температура теплового воздействия, тем более значителен перепад напряжений в материале. Характер наклона кривых показывает, что более интенсивно релаксация напряжений протекает при температуре воздействия 1200С.
На рисунке 2 представлена диаграмма общей доли релаксации при различных
параметрах температурно-временного воздействия.
_
20
2 г-пен 5 мин 8 млн
Условные обозначения:
Рисунок 2 - Диаграмма общей доли релаксации
Из диаграммы видно, что увеличение времени теплового воздействия увеличивает общую долю релаксации при всех значениях температур. Падение напряжений максимально при температуре воздействия 1200С.
По истечении 115 минут образец освобождался из прибора и наклеивался на картон для фиксации диаметра полусферы. С помощью электронно-цифрового штангенрейсмаса, с точностью изменения 0,05 мм, осуществлялись замеры высоты отформованного образца через семь суток после снятия его с пуансона. Расчёт коэффициента формоустойчивости (Кф.Н,) производился по формуле
Кфн= Н -100,
0 (1)
где: H¡ - максимальная высота образца через семь суток после снятия с пуансона, мм;
Н0 - максимальная высота образца, находящегося на пуансоне, мм.
После расчета коэффициентов формоустойчивости матрица эксперимента была дополнена значениями критерия оптимизации.
Таблица 2 - План эксперимента
№ опыта Х1 Х2 Кф Н. № опыта Х1 Х2 Кф Н .
1 - - 72,2 6 0 + 90,8
2 - 0 76,7 7 + - 83,4
3 - + 81,3 8 + 0 90,1
4 0 - 83,1 9 + + 90,5
5 0 0 88,0
С использованием программы БТАЛБТЮА было получено уравнение регрессии, отражающее зависимость коэффициента формоустойчивости от температуры (Т) и времени теплового воздействия (1):
КфН = 84+5,6Т+41+2,5Т2 (2)
Из уравнения видно, что увеличение температуры и времени воздействия приводит к увеличению коэффициента формоустойчивости, более значительное влияние на критерий оптимизации оказывает температура теплового воздействия.
График изолиний (рисунок 3) показывает, что достаточная формоустойчивость (Кф.Н=80%) достигается при температуре теплового воздействия 1000С в течение 4 минут.
Кф.н, SO S4 S8 90 92
Температура воздействия
Рисунок 3 - График изолиний коэффициента формоустойчивости
Таким образом, установлено, что для фиксации формы верха обуви при производстве бесподкладочной обуви необходимая формоустойчивость может быть достигнута при следующих режимах термообработки: температура воздействия-1000С, время обработки-4 минуты. Дальнейшее увеличение температуры и времени воздействия является нецелесообразным, так как может повлечь к ухудшению свойств кожи при ее перегреве и потребует значительного расхода электроэнергии, а также увеличит время технологического цикла изготовления обуви.
Список использованных источников
1. Фурашова, С.Л. Методика исследования упругопластических свойств обувных материалов при двухосном растяжении / С. Л. Фурашова [и др.] // Метрологическое обеспечение, стандартизация и сертификация в сфере услуг: Международный сборник научных трудов: - Шахты: ЮРГУЭС, 2006. -с.24-25.
2. Горбачик, В.Е. Автоматизированный комплекс для оценки механических свойств материалов. В.Е. Горбачик [и др.] // Вестник ВГТУ, №11, 2006, -с. 58.
3. Адигезалов, Л.И.-О. Увлажнение, сушка и влажно-тепловая обработка в обувном производстве / Л.И.-О. Адигезалов.- Москва: Легкая и пищевая пром-сть, 1983. - с.34-35.
SUMMARY
Researches directed on an establishment of optimum parameters of heat treatment at fixing the form of top of footwear unlined with use of a mathematical method of planning of experiment.
The stretching was carried out with use of the automated complex which allows quickly and with a high degree of accuracy to carry out measurement and data processing about elastic - plastic properties of materials. Character of curves of a relaxation of pressure in time is investigated at various modes of the heat treatment, the reflecting complex mechanism of process of a relaxation at thermal influence.
