РАЗДЕЛ 2
СОЗДАНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗМЕЕВИКОВЫХ СИСТЕМ
2.1 Математическое моделирование технологии изготовления змеевиковых систем
Увеличение сроков службы агрегатов со змеевиковыми системами, напрямую зависит от повышения надежности змеевиковых элементов, и созданных на их базе змеевиковых систем. Для выявления резервов повышения надежности змеевиковых систем разработаем математические модели структуры конструкции змеевикового элемента и технологии его изготовления.
Применительно к производству змеевиковых систем можно выделить следующие этапы: заготовительное производство, очистка, механообработка и сборка. При рассмотрении всех этапов во взаимосвязи, появляется возможность комплексно оценивать производственную технологичность в целом.
В основу математической модели структуры конструкции змеевикового элемента (ЗЭ) положены следующие принципы. Змеевиковый элемент представляет собой совокупность пространственно расположенных поверхностей П:
(2.1)
По расположению эти поверхности могут быть внутренними Пin и внешними Пout:
(2.2)
Поскольку в качестве заготовки для змеевиковых элементов, как правило, используют трубу, то поверхности Пin всегда будут являться отверстиями:
(2.3)
Поверхности Пout могут являться поверхностями гладкой трубы, оребренной, а также совокупностью гладких и оребренных поверхностей . Рассматривая гладкую трубу в качестве заготовки, внешние поверхности змеевикового элемента можно представить совокупностью гладких цилиндрических поверхностей (на прямолинейных участках) и торообразных (на участках гиба):
. (2.4)
Приняв в качестве заготовки оребренную трубу, внешние поверхности змеевикового элемента можно представить совокупностью прямолинейных винтовых поверхностей и гибов винтовых поверхностей:
. (2.5)
Из совокупности винтовых поверхностей можно выделить поверхности выступов, поверхности впадин и боковые поверхности:
.
Гладкие поверхности связаны между собой геометрическими параметрами:
, (2.6)
где D - наружный диаметр трубы; t - толщина стенки трубы; l - длина заготовки трубы; - угол изгиба змеевикового элемента.
. (2.7)
Винтовые поверхности характеризуются геометрическими параметрами, показанными на рис. 1.7:
Кроме того, каждая поверхность, независимо от расположения, обладает рядом физических, точностных и качественных параметров:
. (2.8)
Если в выражение (2.1) подставить все последующие выкладки, то получим математическую модель змеевикового элемента, которая хорошо согласуется с теорией графов. Тогда любую конструкцию ЗЭ можно представить в виде графа, где вершинами будут поверхности, а ветвями - их физические, точностные и качественные параметры (рис. 2.2). Поскольку каждая ветвь графа включает в себя несколько параметров, то для того, чтобы каждая вершина имела ветвь, которой соответствовало бы единственное значение параметра, необходимо граф ЗЭ представить в виде многомерного графа. Этот гиперграф будет иметь ряд взаимосвязанных между собой отдельных графов меньшего порядка, количество которых соответствует максимальному количеству параметров среди рассматриваемых вершин. Следовательно, каждая отдельная конструкция представляет собой граф ЗЭ (рис.2.1) вершинами которого являются поверхности, а их ветви - физические, точностные и качественные параметры каждой рассматриваемой вершины.
Рис. 2.1. Граф конструкции змеевикового элемента
В общей постановке проектирование технологического процесса изготовления детали относится к числу сложных детерминированных задач, характеризующихся недостаточной начальной информацией. Это связано с тем, что в технологии машиностроения еще нет аналитических и логических зависимостей, связывающих структуру и параметры обрабатываемой заготовки со структурой и характеристиками технологического процесса.
Обязательными и необходимыми условиями реализации технологического процесса изготовления змеевиковых элементов являются:
- совокупность возможных способов формообразования требуемых поверхностей ? и их характеристики
(2.9)
- наличие необходимого оборудования ОБ и его технические характеристики
(2.10)
- наличие специальной техоснастки ТО
(2.11)
- наличие инструмента, применяемого для формообразования поверхностей,
(2.12)
- наличие сортамента основных материалов, используемых в качестве заготовок C,
; (2.13)
- наличие разработанных режимов по каждому этапу технологического процесса, которые зависят от выбранных рациональных необходимых условий,
. (2.14)
Эти выражения обозначают, что из возможных способов формообразования, оборудования, техоснастки, инструмента и сортамента исходных материалов должны быть выбраны наиболее рациональные.
Технологический маршрут изготовления змеевиковых элементов представляет собой последовательность операций ?:
, (2.15)
среди которых в общем случае можно выделить:
- заготовительная операция;
- операция очистки, которая в свою очередь, может быть представлена операциями ?21 - операция предварительной очистки и ?22 - операция заключительной очистки;
- отрезная;
- накатная (накатка оребрения);
- гибочная;
- слесарная;
- сборочная;
- другие операции.
Совершенствование технологии изготовления змеевиковых элементов целесообразно в следующих случаях:
1) повышение эксплуатационных характеристик (качества) изделия;
2) повышение производительност