Борозна В.Д., д.т.н., проф. Буркин А.Н.

УО «Витебский государственный технологический университет», Беларусь, г. Витебск

Критерии оценки пригодности материалов для верха обуви к формованию растяжением

Из производственного опыта известно, что наибольшее влияние деформационных свойств материалов верха на качество обуви и отдельных ее деталей проявляется при формовании заготовки. При этом несоответствие свойств материалов требованиям данных процессов приводит к дефектам лицевой поверхности материалов и даже разрыву заготовки. Появление этих дефектов связано главным образом с величиной удлинений материалов при разрыве. Кроме указанных дефектов, при формовании верха обуви могут возникнуть перекосы (разные размеры деталей заготовок), искажение модели и другие неприятности, возникающие с анизотропией удлинений по площади материалов. В свою очередь технологические режимы формования верха обуви также оказывают большое влияние на качество обуви.

При одном и том же материале в зависимости от режимов проведения технологических операций качество их выполнения может быть различным. Качество формования верха обуви зависит от геометрических параметров колодки, величины трения между заготовкой и колодкой, влажности материала, настройками машин и другое [1].

Таким образом, между деформационными свойствами материалов и технологическими процессами изготовление обуви существует определенные взаимосвязи, свидетельствующие о том, что исходными свойствами материалов определяются границы технологической пригодности при определенных режимах процессов производства обуви, т.е. их технологические свойства. В данном случае формовочные свойства материалов зависят от способности их к растяжению. Следовательно, изучению деформационных свойств материалов должен предшествовать тщательный анализ существующих в настоящие время способов формования верха обуви. Вид материала, величина и характер его деформирования, способы деформирования заготовки (деталей, узлов) при этом могут быть различными, что должно найти свое отражение и в методике изучения деформационных свойств материалов. Последнее является особенно актуальным в связи постоянно расширяющимся ассортиментом материалов.

Существует несколько способов формования верха обуви, при которых применяется разнообразное оборудование и оснастки, разные конструкции заготовок и колодок. Согласно Ю.П. Зыбина все способы формования можно разделить на два вида, условно называемые «формование растяжением» и «формование вытяжкой». При формовании первым из них преобладающей деформацией материалов заготовки верха будет одноосная, а при втором – двухосная. В некоторых случаях, особенно при сложных способах формование, возникает неопределенность в отнесении того или иного способа к одному из двух указанных выше видов. Например, при внутренним способе формование, для некоторых конструкций заготовок преобладающим видом будет формование растяжением и т.д.. Исходя из сказанного выше, методы оценки способности материалов к формовании в этом случае должны базироваться на одноосном растяжении образцов [1,2]. Это позволит обосновано подходить к выбору материалов при определении их технологической пригодности, расчете основных размеров заготовки при ее проектировании и даже прогнозировании эксплуатационных свойств обуви. Формование растяжением основано на свойствах материалов сетчатой структуры при растяжении в продольном направлении сокращать свои размеры в поперечном направлении [3]. Ряд исследований показало, что способность материала формоваться на колодке оценивается коэффициентом поперечного сокращения μ, представляющим собой отношение величины относительной усадки в поперечном направлении (ε_п) к величине относительного удлинения (ε_пр) в продольном направлении.

Следует отметить, что коэффициент поперечного сокращения изменяется в пределах 0,5-1,5 для натуральных кож и принимает значение близкие к единице для отдельных видов тканей при 75 % от удлинения при разрыве. Принято считать, что величина коэффициента поперечного сокращения должна быть близкой к единице для нормальной посадки заготовки на колодке. Эта величина была установлена для натуральных кож и тканей, применяемых в обуви обтяжно-затяжного способа формования [2,3]. При формовании заготовки верха надо иметь запас прочность, поэтому удлинение материала должно быть в 1,5-2 раза больше, чем требуется для ее посадки [3]. Величина запаса прочности материала зависит также от конструкции заготовки. Данный критерий позволяет дать характеристику материала, т.е. способен ли он выдержать нагрузки, которые прикладываются к нему в процессе формования. Поэтому за минимальное значение деформации материала берем 22,5% для производства обуви внутренним способом формования (это значение в 1,5 раза больше чем максимально возможные нагрузки, возникающие в процессе формования данным способом) и 45 % - при обтяжно-затяжном способе.

	((1)
где ε – относительное удлинение,мм.

Критерий запаса прочности позволит нам на стадии подготовки производства правильно оценить возможность использования того или иного материала.

В процессе изготовления обуви с верхом из искусственных кож (ИК) довольно часто приходится иметь дело с проблемами формование заготовок. Несмотря на достаточно хорошее облегание колодки и существенное удлинение деталей верха, обувь теряла форму в носке. При этом чаще всего наблюдалось интенсивное образование складок области пучков, усадка верха, приводящие к изменению внутренней формы обуви и подъему ее носочной части. Последнее можно объяснить повышенной упругостью материалов и недостаточной пластичностью [4], а также неправильным выбором материалов для определенных конструкций верха и способов его формование. На этапе формования заготовки верха обуви необходимо чтобы материалы обладали высоким значением пластичности. Для ИК величина относительного остаточного удлинения должна составлять более 65% при соблюдении режимов формования заготовки верха обуви. Это позволит избежать появления в последующем дефектов обуви, указанных выше.

Таким образом, для оценки способности материалов к формованию растяжением достаточно двух критериев: коэффициента поперечного сокращения и относительного остаточного удлинения, определяемых по зависимостям, представленным ниже:

	(2)
где εп – относительная усадка в поперечном удлинении, мм; εпр – относительное удлинение в продольном направлении, мм.
	(3)
где ∆lост - остаточное удлинение, мм; l – первоначальная длина образца, мм.

Объектами исследований были ИК на тканой основе с полиуретановым покрытием типа нубук. ИК «NUBUK» представляют собой тканую основу с полиуретановым покрытием. В состав нитей основы входят полиэфирные волокна, а именно лавсан. Исследования механических свойств ИК NUBUK турецкого производства проводились с помощью разрывной машины ИП 5158-5 на образцах прямоугольной формы 180х20 мм с рабочей частью 100х20 мм со скоростью перемещения нижнего зажима 70 мм/мин. Линейные размеры образцов определены по ГОСТ 17073-71[5] с помощью металлической измерительной линейки (ГОСТ 427-75 [6]) с ценой деления 1 мм и толщиномера типа ТР 10-60 (ГОСТ 11358-89 [7]) с точностью 0,01 мм при давлении измерительной площадки на образец 4,9-14,8 кПа. Масса элементарных проб измерялась на весах Nagema тип 34.003 с погрешностью не более 0,01 г. Образцы выкраивались вдоль и поперек рулона и определялись среднее геометрическое значение физико-механических показателей. Показатели физико-механических свойств ИК NUBUK представлены в таблице 1.

Значения относительной остаточной деформации ИК NUBUK существенной меньше 65% так как они не подвергались гигротермическим воздействиям, которым необходимо проводить после операций формования заготовок верха обуви. Следует отметить, что гигротермические процессы повышают этот показатель на 20-40% [1].

Таблица 1 – Показатели физико-механических свойств ИК

№ п/п	Артикул ИК	Толщина, мм	Разрывная нагрузка РР, Н	Относительное удлинение при разрыве εр, %	Относительное остаточное удлинение εост , %	Коэффициент равномерности по РР, kp	Коэффициент равномерности по εр, kp	Условное усилие РУ, Н	Условное относительное удлинение εу при Ру, %
1	NUBUK 231PMB	1,38	377	28	32	0,72	0,78	283	19
2	NUBUK-232	1,48	303	31	17	0,72	0,85	227	22
3	NUBUK 412 A.YSL.	1,35	320	20	22	0,73	0,75	240	16
4	NUBUK 413 K.YSL	1,37	294	24	38	0,80	0,98	221	17
5	NUBUK-517	1,37	410	30	40	0,66	0,74	308	25
6	NUBUK-518	1,37	255	22	31	0,66	0,89	192	13
7	NUBUK-520	1,36	269	25	37	0,88	0,89	202	17
8	NUBUK 521 A.MV.	1,35	304	27	12	0,75	0,84	228	18
9	NUBUK 522	1,42	324	27	35	0,70	0,90	243	18
10	NUBUK 524	1,42	237	23	31	0,86	0,84	177	15
11	NUBUK-605	1,40	389	26	31	0,92	0,88	291	19
12	NUBUK 606	1,54	374	31	27	0,81	0,82	280	21

Анализируя данные таблицы 1, можно отметить, что исследуемые ИК NUBUK пригодны только к формованию внутренним способом, имеют достаточную изотропию свойств по разрывной нагрузки и относительному удлинению при разрыве.

В нашем исследовании для оценки формовочных свойств материалов предлагается применить коэффициент поперечного сокращения (К₂) и относительное остаточное удлинение (К₃). Коэффициент К₂ это производственная оценка (критерий) пригодности материалов к формованию растяжением. Исходя из изложенного выше оптимальными значениями μ следует считать близкие к единице. Значение μ меньше чем единица будет свидетельство о плохих формовочных свойствах материалов заготовки верха не позволяющих получить хорошее облегание колодке. Значение μ больше чем единица могут привести к искажению и перекосу деталей в заготовке верха обуви, что также плохо. Коэффициент К₃ позволит не только определить пригодность материала к формованию, но и позволит оценить свойства обуви в период хранения. Оптимальными значениями ε_ост будем считать больше 65%.

Таким образом комплексный критерий оценки свойств материалов для формования растяжением можно представить в виде:

(3)

Одним из наиболее удачных методов решением много критериальных задач является способ Харрингтоне. В основе его лежит принцип преобразование натуральных значений откликов в безразмерную шкалу желательности [8].

Для построения шкалы желательности обычно используют методом количественных оценок с интервалом значений желательности от нуля до единицы. Расчетные данные для построения частных функций желательности приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Расчетные данные для построения функции желательности

Желательность, значение отклика	Оценка по шкале желательности	К2, (μ)	К3, (εост)
Очень хорошо	0,80-1,00	0,70-1,00; 1,0-1,3	65-100
Хорошо	0,63-0,80	0,60-0,70; 1,3-1,4	58-65
Удовлетворительно	0,37-0,63	0,50-0,60; 1,4-1,5	48-58
Плохо	0,20-0,37	0,40-0,50; 1,5-1,6	40-48
Очень плохо	0,00-0,20	0,00-0,40; >1,6	<40

Построение шкалы желательности, которая устанавливает соотношение между значением отклика К₁ и соответствующим ему значением d₁ (частная функция желательности), является в своей основе субъективным отношением (производства) к отдельным откликам, тогда К₂ и соответствующее ему значение d₂ – отношением потребителя.

Формализация оценки формоустойчивости обуви позволит сопоставить данные, полученные в исследованиях, выполненных по разным методикам, и, кроме того, дает количественную оценку этому важному свойству изделия. В наем случае - два отклика (d₂ и d₃). Построим обобщенную функцию желательности вида (формула 4):

.

(4)

Экспериментальные данные приведены в таблице 3.

Таблица 3 –Экспериментальные данные для построения

Образцы кожи	Натуральное значение отклика		Частные желательности		Оценка по шкале желательности
	К2	К3	d2	d3	D
1	1,00	32	1,00	0,15	0,39
2	0,67	17	0,76	0,07	0,23
3	0,74	22	0,84	0,10	0,29
4	0,47	38	0,32	0,18	0,24
5	1,15	40	0,93	0,20	0,43
6	1,00	31	1,00	0,14	0,37
7	0,82	37	0,90	0,17	0,39
8	0,05	12	0,001	0,05	0,007
9	0,82	35	0,90	0,17	0,39
10	0,67	31	0,76	0,14	0,33
11	1,00	31	1,00	0,14	0,37
12	1,00	27	1,00	0,12	0,35

Для удобства пользователя была построена номограмма по которой были рассчитаны частные желательности: d₂ и d₃ (рисунок).

ε_ост, %

μ

Рисунок – Функция желательности

Анализируя значения функции желательности (таблица 3), полученные с помощью номограммы, по можно сделать вывод, что значения ИК NUBUK 231PMB, NUBUK-517, NUBUK-518, NUBUK-520, NUBUK 522 и NUBUK-605, находящиеся в промежутки 0,37-0,63, удовлетворительны для производства в обуви. Значения ИК NUBUK 231PMB, NUBUK-232, NUBUK 412 A.YSL. и NUBUK 521 A.MV., располагающие в зонах «плохо» и «очень плохо», соответственно указывает о нецелесообразности использования данных ИК при производстве заготовок верха обуви внутреннего способа формования. Построенный график позволяют быстро и точно в условиях производства проанализировать исследуемые материалы и сделать выводы о пригодности предполагаемого сырья для использования в технологическом процессе. Это дает возможность улучшить качество производимой обуви и повысить эффективность производства предприятия. Данный подход был использован при выборе материалов для производства обуви на ряде предприятий Республики Беларусь.

Литература:

1. Буркин, А.Н. Оптимизация технологического процесса формования верха обуви: монография /А.Н. Буркин.- Витебск: УО «ВГТУ», 2007.- 220 с.

2. Конструирование изделий из кожи : учебник для студентов / Ю.П. Зыбин, В.М. Ключникова, Т.С. Кочеткова, В.А. Фукин .- Москва : Легкая и пищевая промышленность, 1982 .- 264 с.

3. Справочник обувщика (Технология) / Михеева Е.Я., Мореходов Г.А., Швецова Т.П. [и др.] .- Москва : Легпромбытиздат, 1989.- 416 с.

4. Буркин, А.Н. Материаловедение кожевенно-обувного производства: учеб.пособие / А. Н. Буркин [и др.]. – Минск: Беларус. энцыкл. iмяП.Броукi, 2011. – 310 с.

5. ГОСТ 17073-71 Кожа искусственная. Метод определения толщины и массы 1 м². –введ. 01.07.72. – Москва: Издательство стандартов, 2000. – 4с.

6. ГОСТ 427-75- Линейки измерительные металлические. Технические условия. –введ. 01.01.77. – Москва: Стандартинформ, 2005. – 6с.

7. ГОСТ 11358-89 Толщиномеры и стенкомеры индикаторные с ценой деления 0,01 и 0,1 мм. Технические условия. –введ. 01.01.90. – Москва: Стандоартинформ, 2005. – 7с.

8. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условиях: учеб.пособие / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский.- Москва: Издательство «Наука», 1976.- 279 с.