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運動鞋面機器印花工藝參數優化研究

來源: www.dcfrg.com.cn 作者:lgg 發布時間:2017-07-17 論文字數:37586字
論文編號: sb2017071417392116733 論文語言:中文 論文類型:碩士畢業論文
本文是機械論文,本文針對國內目前手工印花工藝的現狀,依據研制的運動鞋面機器印花機,研究運動鞋面機器印花機印花工藝參數及相互關系對運動鞋面質量的影響,通過對實驗數據進行分析
第一章   緒論
 
1.1  課題背景及研究意義 
中國是一個紡織品大國,生產的各類紡織品在世界紡織貿易中一直處于重要地位,是使中國外貿保持長久增長的重要力量,紡織工業也是穩定國內就業的民生產業,同時也是國際競爭優勢明顯的產業[1][2]。進入 21 世紀以來,我國紡織工業發展迅速,紡織行業結構調整取得進展,隨著人民生活水平的不斷提高,對各類紡織印花產品的花色和質量要求都在逐步提升,這就要求紡織印花企業生產的產品具有多花色多套色、圖案精細、立體感飽滿等特點。根據國家統計局統計2003-2013 年印刷工業總產值復合增速率超過 18%的增長[3],我國是紡織品印花的消費大國,同時也是紡織品印花生產大國,要生產出高質量的印花產品,是需要優良的紡織品印花設備作為支撐[4]。隨著計算機信息技術、自動化技術和機器視覺技術的不斷發展,進一步促使印花行業進入了工業數字化時代,同時也為機器印花設備的發展做好了硬件準備,伴隨著工業 4.0 時代的到來和國家層面“中國制造 2025”戰略目標的提出,運動鞋面制作過程中的機器印花取代手工跑臺印花成為必然趨勢。 對運動鞋面印花過程的工藝參數及對關鍵部件設計優化是一項重要的研究課題。由于運動鞋面機器印花工藝過程中存在諸多的可變因素,而每一個可變因素又或多或少影響最終的鞋面印花質量,為了保證印花過程印品對原稿的忠實再現[5],就需要探索各工藝參數對印花質量的影響。 目前,國內的運動鞋面印花行業大多處于手工跑臺印花階段,需要工人手動繃網、調底漿、沿跑臺刮印、人工清洗網版等。這些自動化程度低、耗時耗力、刮印的鞋面質量不穩定,嚴重制約了企業的生產效率,且工人長時間接觸油墨底漿等有機溶劑會造成身體上的傷害[6]。此外,手工印花鞋面一致性不好,操作工人的主觀性比較強,印花過程的控制以定性分析為主,經驗指導較多。 由于國內絲網印花以手工為主,半自動化和自動化方式比例較小,且半自動化和自動化方式大多用于印刷電子行業[7],在運動鞋面的印花行業尚未出現批量可用的印花機器,運動鞋面機器印花工藝的研究在國內也基本處于空白。故本課題提出基于機器印花的運動鞋面機器印花工藝參數進行優化研究,對提高運動鞋面品質有著非常重要的作用,可以避免印花企業在操作機器印花時選擇參數的盲目性,推動運動鞋面印花工藝數據的規范化進程,對運動鞋面生產企業具有指導和借鑒意義。 
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1.2  國內印花技術研究現狀
國外的絲網印花技術在 20 世紀 40 年代隨著感光膠制版技術的出現得到了快速發展。到上世紀 60 年代,隨著新興工業興起與大量的高新技術的出現,又促進了絲網印刷及印花技術、專業染料方面的快速開發,同時印花技術本身得到了迅猛發展[8]。 國外在絲網印花標準方面的制定和完善也走在印花行業前列,國際標準化組織于 2001 年制定絲網印刷國際標準[9],歐洲絲網印刷制造商協會(ESMA)于 20世紀 90 年代制定了歐洲絲網印刷行業標準[10]。 在絲網印花設備方面,國外在實現全自動化、多色套印方面走在廣告印花和T 恤衫印花行業的前端。德國天馬公司生產的 THIEME 5000XL[11]型大幅面多色絲網印刷機,使用了新型傳送機構、給紙系統和刮墨裝置,能夠實現在高速印花的情況下精準套印,極大地提高了企業的生產效率,并保證了印花產品的質量。美國 Workhorse 公司的 SABRE 系列全自動絲網印花機[12],能在多種復雜環境下工作,印花種類全面,采用電動刮印頭,有 6 個工位同時工作,能夠實現在 T恤衫表面多種顏色的復合印花,如圖 1-1 所示。 
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第二章   運動鞋面印花工藝及參數分析 
 
運動鞋面機器印花過程是在運動鞋面機器印花機的基礎上,對影響印花質量的工藝參數進行分析。運動鞋面機器印花機是集計算機技術、工業自動化技術、機器視覺技術、廣域無線局域網技術于一體的高端紡織印花設備,此設備可以對印花過程中的影響印花質量的工藝參數做實時調整,以達到印出符合生產廠家印花要求的產品。 本章著重對印花工藝參數的定性分析,依據已有的手工印花工藝,對比機器印花過程,這將有助于分析影響機器印花質量因素的主次關系,并對影響機器印花質量影響較大的參數做重點分析和研究。 
 
2.1  手工印花工藝
運動鞋面機器印花過程就是類似于絲網印花的過程。絲網印花屬于絲網印刷,它與凸版印刷、平板印刷、凹版印刷一起被稱為“四大印刷”[33]。絲網印花的原理是:網版(紙膜版或其他版材的版基上制作出可通過油墨的孔眼)在印花時,通過一定的壓力使油墨通過孔板的眼孔而轉移到承印物(如紡織品、電子產品、紙張等)上,形成圖像或文字,如圖 2-1 所示。 設計原稿:設計原稿一般由采購廠商提供,其格式一般為 DWG 或其他矢量圖形格式。 網框繃網:繃網過程是將絲網拉緊(稱為拉網)和在網框上的固定(稱為固網)二個過程的結合,其工藝流程如圖 2-3 所示。網框繃網的質量會影響圖案套合精度、圖案邊緣的清晰度、油墨層的均勻性以及龜紋和鋸齒的程度,故網框繃網的高質量是優質印花的前提,本文中涉及的網框繃網是采用機器繃網并測定絲網的張力來保證質量。 
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2.2  機器印花工藝 
隨著國家經濟的高速發展,產品生產過程中的環保性、經濟性越來越被企業所追求,傳統印花行業污染大,對操作工人的身體危害大,急需現代印花設備來取代。本節將闡述運動鞋面機器印花的流程及與手工印花的優勢對比。區別于手工跑臺印花工藝,機器印花去除了工人沿著跑臺往復印花的手工操作,實現了機器化自動運行,極大的降低了企業用人成本并增加了企業的生產效率。如圖 2-1,其動作流程是:印花機自動定位印花圖案→網框 B 端下降→刮刀正向印花→網框 B 端抬升→網版剝離承印物→刮刀反向覆墨→印花機移至下一工位→重復上述動作。企業為了適應不同形狀和不同材質的鞋面要求,經常要根據市場反饋更換鞋面型號和訂單量,機器印花能夠適應多品種、小批量、個性化等各種印花要求,使之保證產品質量的前提下,縮短產品的生命周期,并能根據印花質量要求實時調整參數,如刮印角度、印花壓力、刮印速度等以達到最優的印花效果。 
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第三章   運動鞋面印花機關鍵部件設計及優化.... 18 
3.1  運動鞋面印花機介紹............. 18 
3.2  運動鞋面印花機升降機構分析....... 19
3.3  凸輪輪廓曲線設計....... 21
3.4  凸輪輪廓曲線仿真驗證......... 23 
3.5  優化凸輪機構最大壓力角及位置............. 25 
3.6  本章小結............. 26 
第四章   運動鞋面機器印花油墨轉移研究............ 27
4.1  油墨轉移過程及附著............. 27 
4.2  油墨轉移率及計算方法........29
4.3  油墨轉移方程..... 29 
4.4  多項式回歸模型分析............. 30 
4.5  油墨轉移率主要影響因素數學模型研究........... 31
4.6  本章小結............. 35 
第五章   運動鞋面機器印花油墨轉移率實驗研究與優化........ 36
5.1  實驗材料、設備、流程及分析方法......... 36
5.2 印花壓力與油墨轉移率實驗............ 39 
5.3  刮印速度與油墨轉移率實驗........... 44 
5.4  油墨黏度與油墨轉移率實驗........... 48 
5.5  刮印角度與油墨轉移率實驗........... 53
5.6  多因素印花正交實驗優化..... 58  
 
第五章   運動鞋面機器印花油墨轉移率實驗研究與優化 
 
運動鞋面機器印花過程包括多種因素影響鞋面印花效率和品質,油墨轉移是一個復雜的物理傳遞過程。工業上手工印花實施常以經驗為主,具有相當盲目性,對印花過程的油墨轉移不能定量分析,不確定因素較多。 為了更好的掌握和分析油墨轉移這一復雜的物理過程,提高實驗結果的準確性,由于實驗因素較多,本章先采用單因素方法探究單因素與油墨轉移率的關系,再結合多因素分析方法,綜合掌握各因素對油墨轉移過程的變化規律,縮短研究和開發周期,為企業批量化機器印花生產提供參考意見。 
 
5.1  實驗材料、設備、流程及分析方法 
考慮到實驗結果對實際應用的準確性,最大程度上去除不可控因素,由于鞋面第一層印花所用油墨多為填補織物間的間隙,用墨量大,且不易控制,本文實驗研究運動鞋面印花過程中間多層套印的印花工藝參數,以水性油墨作為增材劑,依據實驗研究結果為運動鞋面油墨轉移率與印花工藝參數之間的關系提供數據支撐。 分別對凈網版和加入油墨的網版進行稱重,記錄數據;印花機工作,沿著跑臺開始鞋面印花,以下實驗均在印花長度為 12m 跑臺長度,共鋪設 48 只運動鞋面條件下取得,油墨轉移率時按照 48 只運動鞋面計算,每只鞋面的平均油墨轉移率不會變化。印后稱重即為下一次鞋面印花的印前稱重,然后用烘干機烘干重復印花過程。 
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總結 
 
運動鞋面機器印花在運動鞋制作過程中具有非常重要的地位,對運動鞋面印花企業而言,能夠準確高效、低成本地印出合格的運動鞋面就顯得尤為重要,本課題通過對運動鞋面機器印花工藝參數的深入研究,結合理論分析與實驗探究相結合的方法,研究了運動鞋面機器印花油墨轉移率的影響并對印花機關鍵部件進行優化分析,并得出了相關結論,主要完成的工作如下:
 (1)  完成了運動鞋面機器印花手工流程與機器印花過程的對比,分析了機器印花過程中影響油墨轉移率主要因素,說明了這些因素在實際生產中的合理性,根據運動鞋面機器印花工藝參數的分析結果,將油墨轉移作為鞋面印花工藝的優化目標。
 (2)  完成了對運動鞋面印花機網框升降過程的動作分析,運用擺線運動規律,編程設計出凸輪升降機構理論運動曲線;運用反轉法原理,建立了凸輪輪廓曲線的數學模型。編程設計出凸輪輪廓曲線,導入 ADAMS 中仿真,仿真結果與理論運動曲線基本一致,說明推桿輸出端的運動規律能夠滿足運動鞋面印花機的工藝要求。根據凸輪機構優化設計要求建立了數學模型,運用黃金分割法求得了函數的全局最優解,優化得到最大壓力角 7.7371°,對應凸輪轉角 72.2989°,知所設計的凸輪曲線傳動效率較高,符合運動鞋面印花機的工藝要求。
 (3)  從微觀角度對油墨轉移理論進行了分析。給出油墨轉移率的含義及計算方法,并對比分析了二種油墨轉移量 y 的方案,選取其中較優方案。探究了油墨轉移方程中的相關系數對運動鞋面機器印花的影響,并初步建立了基于最小二乘法的印花壓力、刮印速度、油墨黏度、刮印角度與油墨轉移率回歸模型關系。
 (4)  完成了油墨轉移率的定量實驗研究,獲得了印花壓力、刮印速度、油墨黏度和刮印角度與油墨轉移率之間的實驗數據。完成了單因素對油墨轉移率影響的實驗數據回歸分析以及數學模型擬合,擬合結果顯示印花壓力、刮印速度、油墨黏度、刮印角度與油墨轉移率回歸方程擬合優度的判定系數分別為 0.988、0.984、0.950、0.972,有較好的擬合效果,實驗數據結果具有可靠性。此外,為了綜合驗證各因素同時油墨轉移率的影響,設計了多因素的正交試驗,完成了正交試驗接結果的極差分析和方差分析,兩者分析結果相同,得到各因子對油墨轉移率的影響順序為:刮印速度  >  印花壓力  >  刮印角度  >  油墨黏度,并得出了運動鞋面印花油墨轉移率最佳工藝組合:印花壓力 70N,刮印速度 400mm/s,油
墨黏度 95000c P,刮刀角度 70°。
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參考文獻(略)

原文地址:http://www.dcfrg.com.cn/jxlw/16733.html,如有轉載請標明出處,謝謝。

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