Регей Іван Іванович. Наукові основи розроблення енергоощадної технології і засобів виготовлення розгорток картонного паковання

Краткое описание

Регей Іван Іванович. Наукові основи розроблення енергоощадної технології і засобів виготовлення розгорток картонного паковання : Дис... д-ра наук: 05.05.01 2007

Регей І.І. Наукові основи розроблення енергоощадної технології і засобів виготовлення розгорток картонного паковання. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.01. „Машини і процеси поліграфічного виробництва”. Українська академія друкарства, Львів, 2007.
Дисертація присвячена розробленню енергоощадної технології виготовлення розгорток картонного паковання, методів і засобів її реалізації на основі теоретичних та експериментальних досліджень процесів різнопрофільного ножичного різання пакувальних матеріалів. Обґрунтовано переваги способу розділення матеріалу за принципом ножиць, розроблено ефективні технічні рішення засобів його реалізації.
Доведено важливість профілювання різальних крайок інструментів для мінімізації навантажень і стабілізації процесу різання засобами прорізування картону. Обґрунтована та підтверджена доцільність застосування для усіх засобів різання принципу щільного контакту різальних крайок інструментів, що спрощує процедуру їх налагодження, забезпечує належну якість виготовлення паковання.
Проведені дослідження підтверджують прогнозовані раціональні параметри налагоджування інструментів для забезпечення умов вирізування елементів розгорток без зміни фіксованого положення заготовок, виявлено ефект „самозагострення” різальної крайки інструмента із щільним контактом лез, який проявляється в зменшенні технологічного навантаження засобу різання.
Розроблено теоретичні основи процесу виготовлення розгорток енергоощадним методом вирізування під час руху картонної стрічки, розкриті явища, що виникають в процесі реверсування засобів різання.
Вирішена задача оптимального розкроювання картонних аркушів на основі розробленої системи автоматизованого проектування (САПР) розгорток і їх оптимального розташування на заданому форматі. Розроблена САПР вузлів вирізування розгорток з картонних заготовок пластинковими інструментами на основі тривимірного твердотільного моделювання, САПР картонного паковання від споживчої тари до встановлення оптимальних параметрів транспортної тари.
Розкрито нові функціональні можливості енергоощадного методу виготовлення розгорток картонного паковання прокочуванням по штанцювальних формах засобів створення тиску.

Розв’язана науковоприкладна проблема створення енергоощадної технології і засобів виготовлення розгорток картонного паковання. При цьому отримані такі результати:
1. На основі проведеного аналізу стану сучасних технологій і техніки встановлено, що в пакувальній індустрії для виробництва паперово-картонної тари найпоширенішою є технологія штанцювання розгорток. Висікання картону ґрунтується на способі ножового розділення матеріалу, який характеризується суттєвими руйнівними напруженнями (310...512 МПа). Як наслідок таке устаткування є громіздким, метало та енергомістким, конструктивно складним.
Суттєвими недоліками методу штанцювання є технологічні обмеження штанцювальна форма придатна для виготовлення тільки конкретних картонних розгорток; механічні функціонування пресів пов’язане зі значними інерційними навантаженнями через велику масу виконавчих органів, а відтак інтенсивне спрацювання деталей приводу; економічні зменшення обсягів виробництва однотипного паковання призводять до зростання собівартості її виготовлення, неефективного використання ресурсу виробничого устаткування, його простоювання внаслідок частого переналагоджування.
Виходячи з цього, сформульовано науковоприкладну проблему, яка полягає в розробленні технологічного процесу та механіки ножичного різання матеріалу для створення енергоощадного мобільного та універсалізованого устаткування з виробництва картонного паковання.
2. Сформульовано принципові відмінності методів ножового і ножичного різання матеріалу, обґрунтовано переваги способу розділення картону за принципом ножиць (напруження різання майже на порядок менші, ніж при ножовому розділенні картону), розроблено енергоощадний технологічний процес виготовлення картонних розгорток за допомогою комбінованих інструментів з прямолінійними і криволінійними різальними крайками, що діють почергово.
3. Вперше запропоновано і науково обґрунтовано конструкцію оригінальних пластинкових інструментів (ніжпротиніж) для прорізування картону, вирізування ділянок картону різної геометричної форми: вузької смужки, прямокутника, трапеції, заокруглених опуклих і увігнутих елементів. Розроблено конструкцію універсальних засобів для фіксування рухомих інструментів, які забезпечують надійне їх закріплення, оперативне переналагоджування, виконання технологічного процесу за умови мінімальних енерговитрат.
4. Доведена важливість оцінювання процесу виготовлення розгорток енергосиловим параметром, прийнятим за критерій оптимізації, моментом сили різання, складовими якого є довжина лінії контакту різальної крайки ножа з картоном, плече дії зосередженого зусилля, лінійне зусилля різання.
5. Науково обґрунтована та експериментально підтверджена доцільність профілювання різальних крайок інструментів за формою логарифмічної спіралі та з окремих прямолінійних ділянок для мінімізації навантажень і стабілізації процесу різання. Використання прорізного інструмента з профільованою криволінійною крайкою за формою логарифмічної спіралі, порівняно з традиційною формою леза, забезпечує зменшення моменту сили різання в 3,5 разу, а з прямолінійними різальними ділянками незмінне значення упродовж усього періоду різання матеріалу заготовки.
6. Аналітичними дослідженнями виявлено об’єктивний характер появи зазору між різальними крайками відрізних інструментів, розкрито умови їх мінімізації: ніж з прямолінійною різальною крайкою слід розташовувати на ножетримачі під кутом 75 85 до осі обертання залежно від параметрів картону та розмірів елементів розгорток, з опуклою під кутом 65 82, з увігнутою зі зміщенням площини різальної крайки ножа стосовно осі обертання, яке забезпечує початковий кут його врізання в матеріал в межах 25 30.
Вперше запропоновано і аналітично та експериментально обґрунтовано необхідність використання для усіх засобів різання принципу щільного контакту різальних крайок інструментів, що створює передумови спрощення процедури їх налагодження, забезпечення належної якості зрізу з точними параметрами елементів розгорток. Оптимальним є зміщення підпружиненого інструмента в межах товщини картону.
7. За результатами експериментальних досліджень обґрунтовано доцільність використання в засобах прорізування картону рухомих ножів та нерухомих протиножів з кутом загострення 5575.
8. Науково обґрунтовано та експериментально підтверджено граничні значення початкового кута врізання інструмента в картон, дотримання якого забезпечує умову різання матеріалу без зміщення його по поверхні протиножа. Максимальні значення 38 і 41 зафіксовані при різанні впоперек і вздовж волокон картонних зразків завтовшки 0,3 мм, а мінімальні 23,5 і 25,5 при різанні зразків завтовшки 0,7 мм.
9. Дослідження стійкості різального інструмента, виготовленого зі сталі марки 60 Г без використання зміцнюючих технологій, виявили та зафіксували ефект „самозагострення” різальної крайки. Зареєстровано після 50 тис. різів зменшення лінійних зусиль різання у середньому в 1,3 разу для усіх товщин картону при різанні його впоперек та в 1,4 разу вздовж волокон. Після 100 тис. різів лінійні зусилля різання є меншими для різних товщин картону та напрямків розташування волокон у середньому в 1,2 разу від отриманих при різанні неприробленими інструментами.
10. Встановлено, що визначальними параметрами оцінки виготовлених розгорток є геометрична точність їх елементів і якість різання матеріалу. За результатами комп’ютерного експресаналізу якості різання картону з розташуванням волокон в різних напрямках виявлено та розраховано середні значення нерівностей, які становлять менше 0,02 мм, що відповідає високій якості (1210 балів) різання картону. Для порівняння проведено аналіз якості висікання картону традиційним методом, яким встановлено середні значення нерівностей ділянки зразка в діапазоні 0,10,15 мм.
11. Практика експлуатації рулонного штанцювального устаткування свідчить про наявність труднощів в досягненні стабільної приводки задрукованих ділянок матеріалу стосовно контурів розгорток. Аналізом процесу виготовлення розгорток з рухомої картонної стрічки плоскими формами встановлено, що основною причиною порушення точності приводки є циклічне формування компенсаційної петлі внаслідок раптової зупинки ділянки матеріалу. Запропоновано моделі оригінальних пристроїв циклічної дії для виготовлення розгорток енергоощадним методом під час руху картонної стрічки без формування компенсаційної петлі. Рух кареток з технологічними інструментами описано диференціальними рівняннями, розв’язками яких є параметри, що обґрунтовують раціональну побудову пристроїв.
12. Вирішена задача раціонального розкроювання картонних аркушів на основі розробленої системи автоматизованого проектування розгорток і їх оптимального розташування на форматі. Розроблена система автоматизованого проектування вузлів вирізування розгорток з картонних заготовок пластинковим інструментом на основі тривимірного твердотільного моделювання з автоматизованим складанням вузла вирізування з окремих деталей, а також система автоматизованого проектування картонного паковання від споживчої тари до встановлення оптимальних параметрів транспортної тари з ефективним розміщенням в ній пачок та коробок.
13. Запропоновано енергоощадний метод виготовлення розгорток картонного паковання, який ґрунтується на прокочуванні по штанцювальних формах засобів створення тиску, розкрито його нові функціональні можливості: зручні умови подачі та виведення картонних аркушів, спрощена процедура налагоджування засобів, можливість ефективного штанцювання розгорток різного формату тощо; розроблені оригінальні схеми побудови засобів. За результати математичного моделювання синтезовано комбінований закон періодичного руху засобу створення тиску при прокочуванні натискним валиком плоских форм на багатогранній призмі.
14. Комплексною порівняльною оцінкою використання устаткування за варіантами базового штанцювального преса ML675 і нової вирізувальної машини ТВ500 встановлено, що запровадження у виробництво енергоощадної технології виготовлення картонного паковання забезпечує зменшення енерго та металомісткості устаткування, відповідно, у 18 та 50 разів, ціни виготовлення однієї розгортки у 8 разів (для накладу 2,5 тис. розгорток), економію зайнятої устаткуванням виробничої площі в 5 разів. Використання устаткування для виготовлення розгорток за енергоощадною технологією дозволяє реалізовувати їх за ціною, нижчою за середньоринкову, що є стимулом для підвищення попиту на цю продукцію.
15. Економічний ефект впровадження енергоощадного устаткування складає 734,8 тис. грн.