Розвиток наукових основ синтезу механізмів машин для фінішної обробки фурнітури виробів легкої промисловості

Abstract

Створення сучасного високоефективного галтувального обладнання з різним функціональним призначенням є необхідною умовою прогресивного розвитку різних галузей промисловості України (машинобудування, легка, фармацевтична, хімічна промисловість тощо). Конкурентоздатність продукції значною мірою також залежить від ефективності та продуктивності виконання фінішної обробки деталей після їх формоутворення. У легкій промисловості широко використовуються дрібні типові деталі, якість яких визначається органолептичним методом, а формоутворення яких може реалізуватися шляхом лиття або шляхом механічної обробки чи штампування. Усі ці деталі після формоутворення потребують виконання трудоємних фінішних галтувальних технологічних операцій, суть яких заключається у об’ємній обробці технологічним середовищем для можливості відділення та сепарації деталей від ливників, облою, задирок; заокруглення гострих країв; шліфування та полірування поверхні; очищення поверхні від продуктів корозії тощо. На фінішні галтувальні технологічні операції іноді витрачається до 80% загального технологічного часу. У переважній більшості, для реалізації таких технологічних операцій використовують галтувальні обертові барабани або вібраційне обладнання, які характеризуються низькою продуктивністю виконання технологічних операцій. Підвищення ефективності обробки при виконанні фінішних галтувальних технологічних операцій можна досягнути із використанням галтувального обладнання з робочими ємностями, які виконують складний просторовий рух. Виконано синтез раціональних статично визначених просторових механізмів машин для обробки деталей з різними конструктивними особливостями. Зокрема, синтезовано статично визначені просторові механізми машин, у процесі експлуатації яких реалізується циклічна зміна відстані між паралельними осями ведучого та веденого валів, а також механізми машин, у процесі експлуатації яких реалізується циклічна зміна відстані між взаємно перпендикулярними геометричними осями кріплення вилок. Розроблено уніфіковані вимоги та підходи щодо синтезу статично визначених просторових механізмів без пасивного зв’язку галтувальної машини зі складним просторовим рухом робочої ємності. Здійснено аналітичне дослідження геометричних та конструктивних параметрів усіх синтезованих статично визначених просторових механізмів. Отримані математичні залежності для можливості раціонального розрахунку геометричних та конструктивних параметрів просторових механізмів. Розроблено загальні підходи комплексного аналітичного дослідження синтезованих статично визначених просторових механізмів з точки зору розрахунку їх геометричних та конструктивних параметрів. Розроблено конструкції приводів, які забезпечують передачу обертального руху на ведучий вал машини, який одночасно виконує додаткове зворотнопоступальне переміщення, синтезовано шарнірні складові цих приводів. Виконані силові дослідження розроблених конструкцій галтувальних машин зі складним просторовим рухом робочих ємностей без пасивних зв’язків у їх кінематичних ланцюгах, отримані графічні закономірності максимальних значень реакцій в усіх кінематичних парах галтувальних машин в залежності від зміни відповідних геометричних параметрів рухомих ланок. На основі виконаного силового дослідження встановлені діапазони зміни відповідних геометричних параметрів розроблених конструкцій галтувальних машин при яких максимальні значення реакцій у більшості кінематичних пар не будуть перевищувати максимальні значення реакцій у "базовій" конструкції машини, а також визначені конструкції галтувальних машин, у яких реакції у кінематичних парах будуть мінімальними. Вперше виконані аналітичні та експериментальні дослідження відділення металевих деталей від ливників (на прикладі металевих деталей замка "блискавка") у галтувальній машині, робоча ємність якої виконує складний просторовий рух. Встановлено взаємозв’язок між масою та геометричною формою відливок, кількістю зіткнень відливок з твердою поверхнею, конструктивними особливостями галтувальної машини зі складним рухом робочої ємності, значенням кутової швидкості ведучого валу машини, рівнем заповнення робочої ємності робочим масивом та часом, який витрачається на реалізацію відділення металевих деталей від ливників. Аналітичним шляхом отримані математичні залежності для розрахунку мінімального часу, який необхідний для виконання технологічної операції відділення металевих деталей від ливників у ємності, яка виконує складний просторовий рух. Експериментально досліджено вплив режимів руху робочого масиву, об’єму заповнення ємності, а також форми та геометричних параметрів металевих відливок замка «блискавка» на інтенсивність відділення металевих деталей від ливників. Встановлено, що найінтенсивніше відділення деталей від ливників відбувається при реалізації водоспадного режиму руху робочого масиву, при заповненні робочої ємності на 50% – 75% від її загального вільного об’єму, а також, що розгалужена складна форма відливок потребує значно більшого часу обробки. Продуктивність при обробці металевих деталей з використанням машин зі складним рухом робочої ємності, може бути в 10 разів більшою за продуктивність при обробці деталей з використанням галтувальних машин з обертовими барабанами. Розроблено конструкції галтувальних машин зі складним рухом робочих ємностей з відмінними конструктивними особливостями, розроблено технологічний процес відділення металевих деталей замка "блискавка" від ливників із застосуванням галтувального обладнання зі складним рухом робочих ємностей, а також розроблено раціональні статично визначені просторові механізми галтувальних машин зі складним рухом робочих ємностей. Результати дисертаційної роботи впроваджені у виробництво та освітній процес. Зокрема, технологічний процес відділення металевих деталей замка "блискавка" від ливників із використанням розробленої конструкції галтувальної машини зі складним просторовим рухом робочої ємності прийнято до впровадження на ПрАТ "Молнія". Очікуваний економічний ефект складе 25’826 грн. у рік на одну установку. Також результати наукових досліджень впроваджено у навчальний процес трьох вищих навчальних закладів – Київського національного університету технологій та дизайну, Відкритого міжнародного університету розвитку людини "Україна" та Фастівського автомобільно-дорожнього технікуму ТСО України.

The creation of modern highly efficient felting equipment with different functional purposes is a necessary condition for the progressive development of various branches of industry in Ukraine (engineering, light, pharmaceutical, chemical industry, etc.). The competitiveness of products also depends to a large extent on the efficiency and productivity of finishing parts after their molding. In light industry, small typical parts are widely used, the quality of which is determined by the organoleptic method, and the shaping of which can be realized by casting or by mechanical processing or stamping. All these parts, after forming, need to perform time-consuming finishing felting technological operations, the essence of which is volume processing with a technological environment for the possibility of separation and separation of parts from sprues, burrs, burrs; rounding of sharp edges; surface grinding and polishing; surface cleaning from corrosion products, etc. Sometimes up to 80% of the total technological time is spent on the finishing technological operations. In the vast majority, for the implementation of such technological operations, rolling rolling drums or vibrating equipment are used, which are characterized by low performance of technological operations. Increasing the efficiency of processing during the execution of finishing technological operations of felting can be achieved with the use of felting equipment with working containers that perform complex spatial movement. The synthesis of rational statically determined spatial mechanisms of machines for processing parts with various design features has been performed. In particular, the statically defined spatial mechanisms of machines, during the operation of which a cyclic change in the distance between the parallel axes of the driving and driven shafts is realized, as well as machine mechanisms, in the process of operation of which a cyclic change of the distance between the mutually perpendicular geometric axes of the forks is attached, have been synthesized. Unified requirements and approaches have been developed for the synthesis of statically determined spatial mechanisms without the passive connection of the rolling machine with the complex spatial movement of the working container. An analytical study of the geometric and structural parameters of all synthesized statically determined spatial mechanisms was carried out. Obtained mathematical dependencies for the possibility of rational calculation of geometric and constructive parameters of spatial mechanisms. General approaches for complex analytical research of synthesized statically defined spatial mechanisms from the point of view of calculating their geometric and structural parameters have been developed. Designs of actuators have been developed, which ensure the transfer of rotary motion to the drive shaft of the machine, which at the same time performs additional reciprocating movement, the hinged components of these actuators have been synthesized. Strength studies of the developed designs of felting machines with complex spatial movement of working containers without passive connections in their kinematic chains were carried out, graphical regularities of the maximum values of reactions in all kinematic pairs of felting machines depending on the change in the corresponding geometric parameters of the moving links were obtained. On the basis of the performed strength study, the ranges of changes in the corresponding geometric parameters of the developed structures of the felting machines were established, in which the maximum values of the reactions in most kinematic pairs will not exceed the maximum values of the reactions in the "basic" design of the machine, and also the designs of the felting machines were determined, in which the reactions in the kinematic pairs will be minimal. For the first time, analytical and experimental studies of the separation of metal parts from showerheads (on the example of metal parts of a "zipper" lock) in a rolling machine, the working capacity of which performs a complex spatial movement, were performed. The relationship between the mass and the geometric shape of the castings, the number of collisions of the castings with a solid surface, the structural features of the rolling machine with complex movement of the working container, the value of the angular velocity of the machine's drive shaft, the level of filling of the working container with the working mass and the time spent on the implementation of the separation of metal parts from sprinklers. Mathematical dependencies were obtained analytically for calculating the minimum time required to perform the technological operation of separation of metal parts from showerheads in a container that performs complex spatial movement. The influence of the modes of movement of the working array, the volume of filling the container, as well as the shape and geometric parameters of the metal castings of the "zipper" lock on the intensity of the separation of the metal parts from the spouts was experimentally investigated. It has been established that the most intense separation of parts from the sprues occurs when the waterfall mode of movement of the working mass is implemented, when the working capacity is filled by 50% – 75% of its total free volume, and also that the branched complex shape of the castings requires significantly longer processing time. Productivity when processing metal parts using machines with complex movement of the working capacity can be 10 times higher than the productivity when processing parts using rolling machines with rotating drums. Designs of felting machines with complex movement of working containers with excellent design features have been developed, a technological process of separating metal parts of the "zipper" lock from showers using felting equipment with complex movement of working containers has been developed, and rational statically defined spatial mechanisms of felting machines with complex movement of working containers have also been developed containers The results of the dissertation work are implemented in the production and educational process. In particular, the technological process of separating the metal parts of the "lightning bolt" lock from the showers using the developed design of the rolling machine with complex spatial movement of the working capacity was accepted for implementation at PrJSC "Molniya". The expected economic effect will be UAH 25,826. per year for one installation. Also, the results of scientific research were implemented in the educational process of three higher educational institutions – Kyiv National University of Technology and Design, Open International University of Human Development "Ukraine" and Fastiv Automobile and Road Technical College TSO of Ukraine.