第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
中国是一个纺织品大国，生产的各类纺织品在世界纺织贸易中一直处于重要地位，是使中国外贸保持长久增长的重要力量，纺织工业也是稳定国内就业的民生产业，同时也是国际竞争优势明显的产业[1][2]。进入 21 世纪以来，我国纺织工业发展迅速，纺织行业结构调整取得进展，随着人民生活水平的不断提高，对各类纺织印花产品的花色和质量要求都在逐步提升，这就要求纺织印花企业生产的产品具有多花色多套色、图案精细、立体感饱满等特点。根据国家统计局统计2003-2013 年印刷工业总产值复合增速率超过 18%的增长[3]，我国是纺织品印花的消费大国，同时也是纺织品印花生产大国，要生产出高质量的印花产品，是需要优良的纺织品印花设备作为支撑[4]。随着计算机信息技术、自动化技术和机器视觉技术的不断发展，进一步促使印花行业进入了工业数字化时代，同时也为机器印花设备的发展做好了硬件准备，伴随着工业 4.0 时代的到来和国家层面“中国制造 2025”战略目标的提出，运动鞋面制作过程中的机器印花取代手工跑台印花成为必然趋势。 对运动鞋面印花过程的工艺参数及对关键部件设计优化是一项重要的研究课题。由于运动鞋面机器印花工艺过程中存在诸多的可变因素，而每一个可变因素又或多或少影响最终的鞋面印花质量，为了保证印花过程印品对原稿的忠实再现[5]，就需要探索各工艺参数对印花质量的影响。 目前，国内的运动鞋面印花行业大多处于手工跑台印花阶段，需要工人手动绷网、调底浆、沿跑台刮印、人工清洗网版等。这些自动化程度低、耗时耗力、刮印的鞋面质量不稳定，严重制约了企业的生产效率，且工人长时间接触油墨底浆等有机溶剂会造成身体上的伤害[6]。此外，手工印花鞋面一致性不好，操作工人的主观性比较强，印花过程的控制以定性分析为主，经验指导较多。 由于国内丝网印花以手工为主，半自动化和自动化方式比例较小，且半自动化和自动化方式大多用于印刷电子行业[7]，在运动鞋面的印花行业尚未出现批量可用的印花机器，运动鞋面机器印花工艺的研究在国内也基本处于空白。故本课题提出基于机器印花的运动鞋面机器印花工艺参数进行优化研究，对提高运动鞋面品质有着非常重要的作用，可以避免印花企业在操作机器印花时选择参数的盲目性，推动运动鞋面印花工艺数据的规范化进程，对运动鞋面生产企业具有指导和借鉴意义。
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1.2 国内印花技术研究现状
国外的丝网印花技术在 20 世纪 40 年代随着感光胶制版技术的出现得到了快速发展。到上世纪 60 年代，随着新兴工业兴起与大量的高新技术的出现，又促进了丝网印刷及印花技术、专业染料方面的快速开发，同时印花技术本身得到了迅猛发展[8]。 国外在丝网印花标准方面的制定和完善也走在印花行业前列，国际标准化组织于 2001 年制定丝网印刷国际标准[9]，欧洲丝网印刷制造商协会(ESMA)于 20世纪 90 年代制定了欧洲丝网印刷行业标准[10]。 在丝网印花设备方面，国外在实现全自动化、多色套印方面走在广告印花和T 恤衫印花行业的前端。德国天马公司生产的 THIEME 5000XL[11]型大幅面多色丝网印刷机，使用了新型传送机构、给纸系统和刮墨装置，能够实现在高速印花的情况下精准套印，极大地提高了企业的生产效率，并保证了印花产品的质量。美国 Workhorse 公司的 SABRE 系列全自动丝网印花机[12]，能在多种复杂环境下工作，印花种类全面，采用电动刮印头，有 6 个工位同时工作，能够实现在 T恤衫表面多种颜色的复合印花，如图 1-1 所示。
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第二章 运动鞋面印花工艺及参数分析
运动鞋面机器印花过程是在运动鞋面机器印花机的基础上，对影响印花质量的工艺参数进行分析。运动鞋面机器印花机是集计算机技术、工业自动化技术、机器视觉技术、广域无线局域网技术于一体的高端纺织印花设备，此设备可以对印花过程中的影响印花质量的工艺参数做实时调整，以达到印出符合生产厂家印花要求的产品。 本章着重对印花工艺参数的定性分析，依据已有的手工印花工艺，对比机器印花过程，这将有助于分析影响机器印花质量因素的主次关系，并对影响机器印花质量影响较大的参数做重点分析和研究。
2.1 手工印花工艺
运动鞋面机器印花过程就是类似于丝网印花的过程。丝网印花属于丝网印刷，它与凸版印刷、平板印刷、凹版印刷一起被称为“四大印刷”[33]。丝网印花的原理是：网版（纸膜版或其他版材的版基上制作出可通过油墨的孔眼）在印花时，通过一定的压力使油墨通过孔板的眼孔而转移到承印物（如纺织品、电子产品、纸张等）上，形成图像或文字，如图 2-1 所示。 设计原稿：设计原稿一般由采购厂商提供，其格式一般为 DWG 或其他矢量图形格式。 网框绷网：绷网过程是将丝网拉紧（称为拉网）和在网框上的固定（称为固网）二个过程的结合，其工艺流程如图 2-3 所示。网框绷网的质量会影响图案套合精度、图案边缘的清晰度、油墨层的均匀性以及龟纹和锯齿的程度，故网框绷网的高质量是优质印花的前提，本文中涉及的网框绷网是采用机器绷网并测定丝网的张力来保证质量。
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2.2 机器印花工艺
随着国家经济的高速发展，产品生产过程中的环保性、经济性越来越被企业所追求，传统印花行业污染大，对操作工人的身体危害大，急需现代印花设备来取代。本节将阐述运动鞋面机器印花的流程及与手工印花的优势对比。区别于手工跑台印花工艺，机器印花去除了工人沿着跑台往复印花的手工操作，实现了机器化自动运行，极大的降低了企业用人成本并增加了企业的生产效率。如图 2-1，其动作流程是：印花机自动定位印花图案→网框 B 端下降→刮刀正向印花→网框 B 端抬升→网版剥离承印物→刮刀反向覆墨→印花机移至下一工位→重复上述动作。企业为了适应不同形状和不同材质的鞋面要求，经常要根据市场反馈更换鞋面型号和订单量，机器印花能够适应多品种、小批量、个性化等各种印花要求，使之保证产品质量的前提下，缩短产品的生命周期，并能根据印花质量要求实时调整参数，如刮印角度、印花压力、刮印速度等以达到最优的印花效果。
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第三章 运动鞋面印花机关键部件设计及优化.... 18
3.1 运动鞋面印花机介绍............. 18
3.2 运动鞋面印花机升降机构分析....... 19
3.3 凸轮轮廓曲线设计....... 21
3.4 凸轮轮廓曲线仿真验证......... 23
3.5 优化凸轮机构最大压力角及位置............. 25
3.6 本章小结............. 26
第四章 运动鞋面机器印花油墨转移研究............ 27
4.1 油墨转移过程及附着............. 27
4.2 油墨转移率及计算方法........29
4.3 油墨转移方程..... 29
4.4 多项式回归模型分析............. 30
4.5 油墨转移率主要影响因素数学模型研究........... 31
4.6 本章小结............. 35
第五章 运动鞋面机器印花油墨转移率实验研究与优化........ 36
5.1 实验材料、设备、流程及分析方法......... 36
5.2 印花压力与油墨转移率实验............ 39
5.3 刮印速度与油墨转移率实验........... 44
5.4 油墨黏度与油墨转移率实验........... 48
5.5 刮印角度与油墨转移率实验........... 53
5.6 多因素印花正交实验优化..... 58
第五章 运动鞋面机器印花油墨转移率实验研究与优化
运动鞋面机器印花过程包括多种因素影响鞋面印花效率和品质，油墨转移是一个复杂的物理传递过程。工业上手工印花实施常以经验为主，具有相当盲目性，对印花过程的油墨转移不能定量分析，不确定因素较多。 为了更好的掌握和分析油墨转移这一复杂的物理过程，提高实验结果的准确性，由于实验因素较多，本章先采用单因素方法探究单因素与油墨转移率的关系，再结合多因素分析方法，综合掌握各因素对油墨转移过程的变化规律，缩短研究和开发周期，为企业批量化机器印花生产提供参考意见。
5.1 实验材料、设备、流程及分析方法
考虑到实验结果对实际应用的准确性，最大程度上去除不可控因素，由于鞋面第一层印花所用油墨多为填补织物间的间隙，用墨量大，且不易控制，本文实验研究运动鞋面印花过程中间多层套印的印花工艺参数，以水性油墨作为增材剂，依据实验研究结果为运动鞋面油墨转移率与印花工艺参数之间的关系提供数据支撑。 分别对净网版和加入油墨的网版进行称重，记录数据；印花机工作，沿着跑台开始鞋面印花，以下实验均在印花长度为 12m 跑台长度，共铺设 48 只运动鞋面条件下取得，油墨转移率时按照 48 只运动鞋面计算，每只鞋面的平均油墨转移率不会变化。印后称重即为下一次鞋面印花的印前称重，然后用烘干机烘干重复印花过程。
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总结
运动鞋面机器印花在运动鞋制作过程中具有非常重要的地位，对运动鞋面印花企业而言，能够准确高效、低成本地印出合格的运动鞋面就显得尤为重要，本课题通过对运动鞋面机器印花工艺参数的深入研究，结合理论分析与实验探究相结合的方法，研究了运动鞋面机器印花油墨转移率的影响并对印花机关键部件进行优化分析，并得出了相关结论，主要完成的工作如下：
(1) 完成了运动鞋面机器印花手工流程与机器印花过程的对比，分析了机器印花过程中影响油墨转移率主要因素，说明了这些因素在实际生产中的合理性，根据运动鞋面机器印花工艺参数的分析结果，将油墨转移作为鞋面印花工艺的优化目标。
(2) 完成了对运动鞋面印花机网框升降过程的动作分析，运用摆线运动规律，编程设计出凸轮升降机构理论运动曲线；运用反转法原理，建立了凸轮轮廓曲线的数学模型。编程设计出凸轮轮廓曲线，导入 ADAMS 中仿真，仿真结果与理论运动曲线基本一致，说明推杆输出端的运动规律能够满足运动鞋面印花机的工艺要求。根据凸轮机构优化设计要求建立了数学模型，运用黄金分割法求得了函数的全局最优解，优化得到最大压力角 7.7371°，对应凸轮转角 72.2989°，知所设计的凸轮曲线传动效率较高，符合运动鞋面印花机的工艺要求。
(3) 从微观角度对油墨转移理论进行了分析。给出油墨转移率的含义及计算方法，并对比分析了二种油墨转移量 y 的方案，选取其中较优方案。探究了油墨转移方程中的相关系数对运动鞋面机器印花的影响，并初步建立了基于最小二乘法的印花压力、刮印速度、油墨黏度、刮印角度与油墨转移率回归模型关系。
(4) 完成了油墨转移率的定量实验研究，获得了印花压力、刮印速度、油墨黏度和刮印角度与油墨转移率之间的实验数据。完成了单因素对油墨转移率影响的实验数据回归分析以及数学模型拟合，拟合结果显示印花压力、刮印速度、油墨黏度、刮印角度与油墨转移率回归方程拟合优度的判定系数分别为 0.988、0.984、0.950、0.972，有较好的拟合效果，实验数据结果具有可靠性。此外，为了综合验证各因素同时油墨转移率的影响，设计了多因素的正交试验，完成了正交试验接结果的极差分析和方差分析，两者分析结果相同，得到各因子对油墨转移率的影响顺序为：刮印速度 > 印花压力 > 刮印角度 > 油墨黏度，并得出了运动鞋面印花油墨转移率最佳工艺组合：印花压力 70N，刮印速度 400mm/s，油
墨黏度 95000c P，刮刀角度 70°。
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参考文献（略）