Детали низа обуви (задники, полустельки и др.) изготавливают в основном из пластмассы, кожи и специальных обувных картонов. Широкое применение на российских обувных предприятиях имеют кожевенно-целлюлозные картоны, называемые также кожкартонами. Задник, изготовленный из кожкартона или кожи, оказывается более дорогим по сравнению с пластмассовым. Однако такой задник для многих моделей обуви предпочтителен по санитарным соображениям.
Детали низа или их заготовки выкраивают из листа исходного материала путем резания или вырубки. Различные производители, согласно данным международной поисковой системы Google, предлагают свыше 20 тыс. названий машин, производящих раскрой разных материалов, в том числе картона и искусственных кож, водяной струей или лучом лазера. Преимуществами лазерной резки являются высокая производительность и возможность управления лучом в пределах растра без необходимости механически перемещать при этом вырубочный стол или источник излучения. Для раскроя кожкартона лазер должен иметь большую мощность излучения. Такие лазеры весьма дороги. Многие обувные предприятия предпочитают изготавливать детали низа обуви с помощью вырубки. Это достаточно производительный способ и притом менее затратный. Вырубка производится на эксцентриковых и электрогидравлических прессах. Электрогидравлические прессы могут иметь траверсу, перемещающуюся как по вертикали, так и по горизонтали, или передвижную каретку. Автоматизация процесса вырубки достигается благодаря использованию прессов-автоматов с вырубочной головкой и программным управлением (раскройных машин). Стоимость этих машин соответствует уровню автоматизации процесса.
Тот или иной уровень автоматизации вырубочного процесса может быть достигнут и на самых простых прессах путем изготовления некоторых дополнительных устройств, монтируемых на прессе или присоединяемых к его станине. Эти устройства в принципе могут быть изготовлены в небольших механических мастерских с использованием комплектующих изделий, имеющихся на рынке.
Авторами статьи в начале 90-х гг. в рамках государственной программы «Итенсификация — 90» была проведена в ПО «Скороход» исследовательская и экспериментальная работа по разработке способов частичной и полной автоматизации вырубки деталей низа обуви из кожкартона. Эта работа велась по трем направлениям: разработка системы многоместной и многослойной вырубки деталей низа обуви резаками на прессе ПВГ-18; разработка автоматизированного устройства для вырубки резаками, устанавливаемыми на передвижной каретке; разработка вырубочной машины для вырубки штампом с предварительным раскроем листа на полосы.
При организации многоместной вырубки общий периметр резаков становится большим, и соответственно, требуется большое вырубочное усилие со стороны пресса. Осуществить такую вырубку можно с помощью гидравлического пресса, создающего большее вырубочное усилие по сравнению с электромеханическим.
Рис. 1
Результаты экспериментов, проведенных авторами на базе оборудования спецкартонной фабрики ПО «Скороход», показали, что возможна многоместная вырубка задников, если обеспечены соответствующие углы заточки резаков и степень влажности листов. Были изготовлены специальные резаки с пружинными выталкивателями и опробованы разные варианты размещения резаков (рис. 1, а). Наиболее удачным оказалось размещение резаков в кассете в шахматном порядке. Усилия пресса ПВГ-18 было достаточно для того, чтобы при одном ударе вырубать 4 детали: четырьмя резакам при однослойном настиле или двумя при двухслойном настиле кожкартона.
Для автоматизации многоместной вырубки были предложены, изготовлены и опробованы конструкции кассет для резаков, которые крепились к траверсе пресса ПВГ-18. В кассеты вставлялись стальные высокие резаки, расположенные так, чтобы при пошаговой подаче настила в одном направлении обеспечить оптимальный раскрой листа. Лист кожкартона подавался на вырубочный стол парой обрезиненных валиков, а трафарет подхватывался парой принимающих валиков. Резаки были изготовлены в виде расширяющихся кверху конусов и служили также накопителями вырубленных заготовок (рис. 1, б).
Рис. 2
Частичную автоматизацию вырубки можно осуществить путем изготовления каретки со сменным резаком, снабженным пружинным выталкивателем (рис. 2). Механизм перемещения каретки крепится на прессе 1. Привод этого механизма может быть автономным или отбирать мощность у пресса, питаясь от его насосной станции или осуществляя механическую передачу, как показано на рис. 2. К станине пресса крепится зубчатая рейка 4, имеющая зацепление с зубчатым колесом 3, которое вместе с редуктором 5 и звездочками 6 крепится на траверсе пресса. Колесо 3 через управляемую муфту и редуктор 5 передает движение цепи 7, несущей каретку 8 со сменным резаком 9. Лист (трафарет) 2 перемещается по вырубочной плите специальным механизмом, отбирающим мощность у насосной станции пресса. Укладка листа и удаление деталей происходит вручную.
Рис. 3
Высокий уровень автоматизации и производительности достигается при использовании технологии раскроя листа на полосы. На базе ПО «Скороход» был изготовлен натурный макет вырубочной машины, схема которого изображена на рис. 3. Листы подаются в машину пакетами 1, содержащими до 100 листов. Пакет укладывается на подъемный стол 21. Подача верхнего листа из пакета осуществляется сдвигающим валиком 20, имеющим приводы 2, 3 с управляемой электромагнитной муфтой 4. Выдвинутый лист зажимается захватами 7, которые перемещаются вдоль ходового винта 10. От выдвинутого листа отрезается полоса отрезным устройством, имеющим привод 6 и каретку 5 с дисковыми ножами, приводимыми в движение цепью 19. Отрезанная полоса прижимным валиком 15 и подающим валиком 18 перемещается механизмом пошаговой подачи по столу 17 пресса, где установлена матрица. Пуансон пресса движется вдоль направляющих (колонок), между которыми проходит полоса кожкартона. Трафарет подхватывается принимающими валиками 16. Приводы механизма ходового винта и пошаговой подачи имели в макете шаговые электродвигатели 12, 13 с гидроусилителями. Управление машиной осуществлялось через коммутаторы шаговых двигателей по программе раскроя листа заданного типоразмера.
Производительность макета определялась временем разгона-торможения полосы при пошаговой подаче ее под пресс. Расчеты и эксперименты показали, что гидроусилитель Э32Г18-23, имея вращающий момент MHOM = 22 Hm (при номинальной угловой скорости вала ШД и гидромотора щHOM = 52,36 рад/с и при частоте следования управляющих импульсов 2000 Гц), обеспечивает производительность 240 вырубок в мин. на эксцентриковом прессе «Альбеко». Приведенный момент инерции на валу гидромотора был равен 0,0386 кг/м2.
Надежность работы определялась главным образом успешным выполнением операции отделения и позиционирования верхнего листа пакета. Исследования процесса подачи верхнего листа из пакета обнаружили, что листы в пакете ведут себя подобно слоям вязкой жидкости при одномерном ее течении. Подаваемый лист увлекает за собой другие листы. Глубина проникновения таких возмущений в пакет равна
,
где vп — скорость подачи, с — плотность слоя, f — коэффициент сухого трения между листами, м — коэффициент, характеризующий вязкое трение. Вязкое трение проявляет себя как осредненный результат действия упругих сил в листах, вызывающих высокочастотные микровибрации, и сил кулонова трения. Из рассмотрения вибрационной модели пакета листов следует, что м величина порядка
,
где h — толщина листа, ф — период вибраций, обусловленных сдвиговой податливостью листа.
При этом сдвига нижних листов не произойдет, если сила прижима Q сдвигающего валика будет удовлетворять условию Q < 2/3G (G — вес одного листа).
При условии 2/3G < Q < 15,4G возможна подача сразу нескольких листов. При значительном усилии прижима величины сдвигов листов упорядоченно убывают до глубины H.
